Warum verhindert C „constexpr' undefiniertes Verhalten zur Kompilierungszeit?

Warum schließt constexpr undefiniertes Verhalten aus?

Der C-Standard verlangt, dass constexpr-Ausdrücke kein undefiniertes Verhalten beinhalten dürfen. Dadurch können Compiler Fehler oder unerwartete Ergebnisse verhindern, die durch die Auswertung von Ausdrücken mit undefiniertem Verhalten während der Kompilierung entstehen könnten.

Vorteile dieses Ausschlusses

Durch den Ausschluss undefinierter Verhaltensweisen kann der Compiler kann:

• Fehler frühzeitig erkennen:Ausdrücke mit undefiniert Verhaltensweisen führen zu Fehlern bei der Kompilierung, auch wenn sie zur Laufzeit möglicherweise keine Fehler verursachen.
• Konsistente Ergebnisse garantieren: Der Ausschluss stellt sicher, dass constexpr-Ausdrücke immer wohldefinierte Werte zurückgeben, wodurch das eliminiert wird Möglichkeit unerwarteter Ergebnisse.
• SFINAE aktivieren: Dieser Ausschluss ermöglicht es Programmierern, SFINAE (Substitution) zu verwenden Fehler ist kein Fehler), um zu bestimmen, ob ein Ausdruck zur Kompilierungszeit zu undefiniertem Verhalten führen würde.

Spezifische Vorteile

Der Ausschluss undefinierter Verhaltensweisen in constexpr Ausdrücke ist besonders nützlich für die folgenden Szenarien:

• Verhinderung von Ganzzahlüberläufen während der Addition, die andernfalls auftreten würden in einem nicht konstanten Wert.
• Erkennen undefinierten Verhaltens in Arrays oder Zeigern, z. B. Zugriff auf Elemente außerhalb der Grenzen.
• Identifizieren bestimmter Schiebevorgänge, die die Breite des Datentyps überschreiten.

Unterstützende Beweise

Die folgenden Codebeispiele veranschaulichen den Ausschluss von undefiniert Verhalten in constexpr-Ausdrücken:

// Integer overflow (undefined behavior) not allowed in constexpr
constexpr int x = std::numeric_limits<int>::max() + 1; // Error

// Pointer arithmetic (undefined behavior) not allowed in constexpr
constexpr int *ptr = &x[20]; // Error

// Shift operation (undefined behavior) not allowed in constexpr
constexpr int y = 1 << 33; // Error (assuming 32-bit int)

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass verschiedene Compiler bestimmte Arten von undefiniertem Verhalten unterschiedlich behandeln können, insbesondere bei Schichtoperationen.

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