为什么显式捕获 constexpr 变量不起作用，而不捕获它却有效

Question

我编写了以下具有两个 lambda 的代码。其中一个明确捕获了

i

，而另一个则没有。注意

i

是 constexpr，因此我们不需要显式捕获它。

我的问题是为什么

func(lambda2)

不能编译而

func(lambda)

可以编译？请注意，

lambda

不会显式捕获

i

，而

lambda2

在其捕获列表中具有

i

。 演示

template <typename T>
constexpr auto func(T c) {
    constexpr auto k = c; 
    return k;
};


int main() {
    
    constexpr int i = 0;
    
    constexpr auto lambda = []()constexpr { constexpr int j = i; return j; };  //compiles
    constexpr auto lambda2 = [i]()constexpr { constexpr int j = i; return j; };//compiles
   
    constexpr auto a = func(lambda); //compiles as expected

    
    constexpr auto b = func(lambda2); //this doesn't compile why?
    
} 

叮 说：

error: constexpr variable 'k' must be initialized by a constant expression
    3 |     constexpr auto k = c; 
      |                    ^   ~
/home/insights/insights.cpp:18:24: note: in instantiation of function template specialization 'func<(lambda at /home/insights/insights.cpp:13:30)>' requested here
   18 |     constexpr auto b = func(lambda2); //this doesn't compile why?
      |                        ^
/home/insights/insights.cpp:3:24: note: function parameter 'c' with unknown value cannot be used in a constant expression
    3 |     constexpr auto k = c; 
      |                        ^
/home/insights/insights.cpp:3:24: note: in call to '(lambda at /home/insights/insights.cpp:13:30)(c)'
/home/insights/insights.cpp:2:23: note: declared here
    2 | constexpr auto func(T c) {
      |                       ^

Answer 1

这是一个类似但更简单的代码版本，但无法编译：

template <typename T>
constexpr auto func(int a) {
    constexpr auto b = a;
    return b;
};

int main() {
    constexpr int x = 1;
    constexpr int y = func(x);
}

这里，因为

x

是

constexpr

，所以在

x

变量

constexpr

的初始化中读取

y

的值就可以了。

但是，这还不够好，因为不仅

y

需要有一个常量表达式作为其初始值设定项，

b

也需要一个常量表达式，它也被声明为

constexpr

。这就是问题出现的地方。如果

b

没有被声明

constexpr

，那么代码就可以了。

为了使

constexpr auto b = ...;

有效，编译器必须能够在它出现的上下文中将其计算为常量表达式，而不是调用

func

的更大的封闭上下文。在出现

b

初始化的上下文中，直到运行时才知道

a

的值。

func

可以在常量表达式和非常量表达式中调用。因此，检查

b

是否为常量表达式失败。

在OP的程序中，非常相似。捕获

lambda2

的

i

属于闭包类型，具有

const int

类型的数据成员 ([expr.prim.lambda.capture]/10)。当调用

func

时，语句

constexpr auto k = c;

在其主体中被实例化，

c

是该闭包类型的函数参数。此时，必须将

k

的初始化作为常量表达式在其出现的上下文中进行检查，而不是在封闭常量计算的上下文中进行检查。初始化使用闭包类型的复制构造函数，默认为 ([expr.prim.lambda.closure]/15)，从而执行成员复制。因此，它必须读取函数参数

const int

的

c

成员。

提供更多细节：

[dcl.constexpr]/6 指出“在任何

constexpr

变量声明中，初始化的完整表达式应为常量表达式”。让我们将其应用到

k

的声明中。为了使其成为常量表达式，它必须是满足其他一些条件的核心常量表达式 ([expr.const]/14)。 [expr.const]/5 给出了表达式 E 成为核心常量表达式的条件。在这种情况下，E是k的

init-declarator

。

当初始化

k

时，将读取

const int

的

c

数据成员，如上所述。这是左值到右值的转换。 [expr.const]/5.9 指出核心常量表达式 E 中不允许进行左值到右值的转换，除非应用于其中一个

• 非易失性泛左值，引用可在常量表达式中使用的对象，或
• 文字类型的非易失性泛左值，指的是其生命周期开始于 E
求值内的非易失性对象

第二个要点显然不满足：

const int

的

c

成员的生命周期不是在E的评估内开始的（即k的

init-declarator

）；当调用该函数时它会提前启动。对于第一个项目符号，函数参数不能在常量表达式中使用，因为它永远不能同时是“常量初始化”和“潜在常量”([expr.const]/4)。特别是，标量或引用类型的函数参数不能满足 [expr.const]/2.1，类类型的函数参数不能满足 [expr.const]/3。

（顺便说一句，即使在

consteval

函数中，函数参数的值仍然不是常量表达式，尽管

consteval

函数只能在常量求值期间调用。没有根本原因为什么会这样在

consteval

的情况下不支持，但如果允许的话，就会造成实现困难，并将几乎每个

consteval

函数变成隐式模板。）