为什么未定义的行为从 C 常量表达式中排除？

理解常量表达式中未定义行为的排除

在 C 草案标准中，常量表达式在确保程序正确性方面发挥着关键作用。然而，在这个领域内，未定义的行为存在特定的豁免。这就提出了问题：为什么这种排除是必要的，它提供了哪些独特的功能？

排除的本质

定义常量表达式，第 5.19.2 节标准草案规定禁止某些具有潜在未定义行为的操作作为子表达式组件。这包括有符号整数溢出、某些指针算术、除以零以及特定的移位运算。

这种排除源于常量表达式在其数据类型的可表示值范围内产生数学上明确定义的结果的要求。如果某个操作存在未定义行为的固有风险，则它无法满足此要求，因此需要将其排除以保持常量表达式的完整性。

排除的好处

排除常量表达式中的未定义行为有几个优点：

• 编译时检测： 常量表达式在编译时评估。此排除可确保在编译期间检测并报告与常量表达式关联的任何未定义行为。
• 正确性验证：通过禁止常量表达式中的未定义行为，编译器可以保证以下表达式的数学正确性：这些表达式，增强了程序的整体可靠性并减少了运行时错误的可能性。

实用应用程序

利用排除，开发人员可以利用 SFINAE 来辨别加法表达式是否会导致溢出。例如，以下代码受 dyp 提出的解决方案启发，演示了此技术：

template <typename t1 typename t2>
struct addIsDefined
{
    template <t1 t1 t2>
    static constexpr bool isDefined()
    {
        return isDefinedHelper<t1 t2>(0);
    }

    template <t1 t1 t2 decltype result="t1">
    static constexpr bool isDefinedHelper(int)
    {
        return true;
    }

    template <t1 t1 t2>
    static constexpr bool isDefinedHelper(...)
    {
        return false;
    }
};</t1></t1></t1></t1></typename>

此构造有效地允许开发人员在编译时检测潜在的溢出，从而增强代码安全性。

更广泛意图的指示

虽然第 5.19.2 节的措辞没有明确为了强制要求检测常量表达式中的未定义行为，第 695 期（constexpr 函数中的编译时计算错误）提供了对委员会意图的深入了解。此问题表明常量表达式中的未定义行为应导致非常量表达式，并在需要常量表达式的上下文中使用它而产生任何后续诊断。

结论

从常量表达式中排除未定义的行为对于维护程序正确性和促进可靠的代码起着至关重要的作用。这种排除允许编译器在编译期间检测和纠正未定义的行为，并使开发人员能够利用 SFINAE 进行溢出检测。了解这种排除及其在常量表达式中的含义对于增强代码安全性和确保稳健的软件开发至关重要。

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