将 static constexpr class 成员分配给运行时变量

Question

我知道有很多类似的问题，但不知何故不同的问题。关于以下情况：

#include <iostream>
#include <array>

template<typename T> class MyClass
{
public:
    static constexpr std::array<T,4> ARRAY {{4, 3, 1, 5}};
};

int main()
{
    constexpr std::array<int, 4> my_array(MyClass<int>::ARRAY); // works fine -> can use the ARRAY to initialize constexpr std::array

    constexpr int VALUE = 5*MyClass<int>::ARRAY[0]; // works also fine

    int value;
    value = my_array[0]; // can assign from constexpr
    value = MyClass<int>::ARRAY[0]; // undefined reference to `MyClass<int>::ARRAY

    std::cout << VALUE << std::endl;
    std::cout << value << std::endl;

    return 0;
}

据我了解，constexpr 用于编译时常量。所以编译器已经可以做一些计算，例如计算 VALUE。此外，我显然可以定义一个 constexpr std::array<,>，我可以从中将值分配给运行时变量。我希望编译器已经将 value = 4 设置到可执行程序中，以避免加载操作。但是，我不能直接从静态成员分配，得到错误

undefined reference to `MyClass<int>::ARRAY'
clang-3.7: error: linker command failed with exit code 1

这对我来说毫无意义，因为它可以通过另一个 constexpr 变量的中间步骤来完成。

所以我的问题是：为什么不能将 class 的静态 constexpr 成员分配给运行时变量？

注意：在我的 MWE 中，class 是一个模板 class，它不会影响错误。但是，我最初对这种特殊情况感兴趣，我希望它对于非模板更通用 class.

（编译器是 clang++ 或 g++ 与 -std=c++11 - 他们给出相同的错误）

编辑：@Bryan Chen：忘记了输出行。现已添加。

Answer 1

出于这个原因，我总是 return 来自 constexpr 函数的 constexpr 对象。

修改以下代码。请注意，由于 std::array<> 中的 c++14 缺陷，您必须 return 一个 const std::array 才能允许 operator[] 工作。

#include <iostream>

#include <iostream>
#include <array>

template<typename T> class MyClass
{
public:
    static constexpr const std::array<T,4> ARRAY() { return {4, 3, 1, 5}; };
};

int main()
{
    constexpr std::array<int, 4> my_array(MyClass<int>::ARRAY()); // works fine -> can use the ARRAY to initialize constexpr std::array

    constexpr int VALUE = 5 * MyClass<int>::ARRAY()[0]; // works also fine

    int value;
    value = my_array[0]; // can assign from constexpr
    value = MyClass<int>::ARRAY()[0]; // undefined reference to `MyClass<int>::ARRAY

    std::cout << VALUE << std::endl;
    std::cout << value << std::endl;

    return 0;
}

预期结果：

20
4

Answer 2

undefined reference 是链接器错误。规则是如果一个变量是 odr-used 那么它必须有一个定义。这甚至适用于 constexpr 个变量。

与大多数 ODR 规则一样，违反它是未定义的行为，不需要诊断（这可以解释为什么您没有看到对值的某些使用的诊断）。

要修复错误，请在 class:

之外添加一个定义

template<typename T> constexpr std::array<T,4> MyClass<T>::ARRAY;

因为它是一个模板，您实际上可以将它放在 header 中，而不是通常情况下定义只放在一个 .cpp 文件中。

这里的主要问题是ARRAY[0]是否算作odr-use。根据 this detailed post, in C++11 and C++14, indexing an array does count as odr-use , but this was changed by DR 1926 对 C++14 提出的要求不是 odr-use.

但是，这是在谈论内置数组。 IDK是否同样的理由适用于std::array，我发现[basic.def.odr]/3的文字很难理解。根据 informal definition on cppreference，std::array::operator[] 会导致数组的 odr-use，因为它的 return 值绑定了对数组的引用。

将 static constexpr class 成员分配给运行时变量

Assign static constexpr class member to runtime variable

c++

templates

one-definition-rule

constexpr

c++11