来自不同翻译单位的constval函数会相互干扰吗？

Question

我试图深入研究一个函数的含义 inline 并偶然发现了这个问题。考虑这个小程序（demo）：

/* ---------- main.cpp ---------- */
void other();

constexpr int get()
{
    return 3;
}

int main() 
{
    std::cout << get() << std::endl;
    other();
}

/* ---------- other.cpp ---------- */
constexpr int get()
{
    return 4;
}

void other()
{
    std::cout << get() << std::endl;
}

在没有优化的情况下编译时，程序产生以下输出：

3
3

这可能不是我们想要的，但至少我可以解释一下。

编译器不需要在编译时计算 constexpr 函数的结果，因此决定将其推迟到运行时。
constexpr 在函数上意味着 inline
我们的 get() 函数碰巧有不同的实现方式
我们没有声明 get() 静态函数
linker 必须只选择 get() 函数的一种实现方式

碰巧 linker 从 main.cpp 中选择了 get()，返回了 3。

现在说到我没听懂的部分。我只是 将 get() 函数从 constexpr 更改为 consteval。现在编译器需要在编译时计算值，即在 link 时间之前（对吗？）。我希望 get() 函数根本不会出现在目标文件中。

但是当我运行它（demo）时，我有完全相同的输出！这怎么可能？..我的意思是，我知道这是未定义的行为，但这不是重点。为什么应该在编译时计算的值会干扰其他翻译单元？

UPD: 我知道这个功能 is listed as unimplemented in clang，但这个问题仍然适用。是否允许符合标准的编译器表现出这种行为？

Answer 1

consteval 函数的要求是每次调用它都必须生成常量表达式。

一旦编译器确定调用确实会产生一个常量表达式，就没有要求它不得在运行时间对函数进行代码生成并调用它。当然，对于某些 consteval 函数（比如那些为反射而设想的函数），最好不要这样做（至少如果它不想将其所有内部数据结构放入目标文件），但这不是一般要求。

未定义的行为是未定义的。

Answer 2

具有相同内联函数的两个定义的程序是格式错误的程序，不需要诊断。

该标准对格式错误程序的运行时间或编译时行为没有任何要求。

现在，C++ 中没有您想象的 "compile time"。虽然几乎每个 C++ 实现都编译文件，links 它们，构建一个二进制文件，然后运行s 它，C++ 标准小心翼翼地围绕这个事实。

它讨论翻译单元，将它们放在一个程序中时会发生什么，以及该程序的运行时间行为是什么。

...

实际上，您的编译器可能正在构建从符号到某个内部结构的映射。它正在编译您的第一个文件，然后在第二个文件中它仍在访问该地图。同一个内联函数的新定义？跳过它。

其次，您的代码必须生成编译时常量表达式。但是编译时常量表达式 在您使用它的上下文中不是可观察的属性 ，并且在 link 甚至没有副作用运行时间！并且好像没有什么可以阻止它。

consteval 表示 "if I run this and the rules that permit it being a constant expression are violated, I should error rather than fall back on non-constant expression"。这与"it must be run at compile time"相似，但不一样。

要确定发生了哪些情况，请尝试以下操作：

template<auto x>
constexpr std::integral_constant< decltype(x), x > constant = {};

现在将您的打印行替换为：

std::cout << constant<get()> << std::endl;

这使得将评估推迟到 run/link 时间变得不切实际。

这将区分 "compiler is being clever and caching get" 和 "compiler is evaluating it later at link time"，因为确定要调用哪个 ostream& << 需要实例化 constant<get()> 的类型，而这又需要评估 get().

编译器往往不会将重载决策推迟到 link 时间。

Answer 3

答案是它仍然是 ODR 违规，无论函数是 constexpr 还是 consteval。也许使用特定的编译器和特定的代码你可能会得到你期望的答案，但它仍然是错误的，不需要诊断。

您可以做的是在匿名命名空间中定义它们：

/* ---------- main.cpp ---------- */
void other();

namespace {
    constexpr int get()
    {
        return 3;
    }
}

int main() 
{
    std::cout << get() << std::endl;
    other();
}

/* ---------- other.cpp ---------- */
namespace {
    constexpr int get()
    {
        return 4;
    }
}

void other()
{
    std::cout << get() << std::endl;
}

但更好的是，只需使用模块：

/* ---------- main.cpp ---------- */
import other;

constexpr int get()
{
    return 3;
}

int main() 
{
    std::cout << get() << std::endl; // print 3
    other();
}

/* ---------- other.cpp ---------- */
export module other;

constexpr int get() // okay, module linkage
{
    return 4;
}

export void other()
{
    std::cout << get() << std::endl; // print 4
}

来自不同翻译单位的constval函数会相互干扰吗？

Can consteval functions from different translation units interfere?

c++

one-definition-rule

constexpr

c++20

consteval