关于指针值是编译时常量的困惑

Question

在 C++ 中，指针值可以是编译时常量。这是真的，否则，非类型模板参数和 constexpr 将无法使用指针。但是，据我所知，静态存储的函数和对象的地址（至少）在 link 时而不是编译时是已知的。下面是一个例子：

main.cpp

#include <iostream>

template <int* p>
void f() { std::cout << p << '\n'; }

extern int a;

int main() {
    f<&a>();
}

a.cpp

int a = 0;

我只是想知道在编译 main.cpp 时如何知道 a 的地址。我希望有人能给我解释一下。

尤其要考虑这个

template <int* p, int* pp>
constexpr std::size_t f() { 
  return (p + 1) == (pp + 7) ? 5 : 10; 
}

int main() {
    int arr[f<&a, &b>()] = {};
}

arr 的存储应该如何分配？

PLUS: 这个机制看起来相当稳健。即使我启用 Randomized Base Address，也会获得正确的输出。

Answer 1

据我所知，静态存储和函数的变量在编译时只是作为symbols/place 持有者存储在符号table 中。解析占位符时处于链接阶段。

编译器输出保持占位符完整的机器代码。然后链接器用它们各自的内存位置替换变量/函数的占位符。所以在这种情况下，如果你只是编译 main.cpp 而没有编译 a.cpp 并链接它，你一定会遇到链接器错误，正如你在这里看到的 http://codepad.org/QTdJCgle （我编译 [=仅 16=])

Answer 2

编译器在编译时不需要知道&a的值，就像它不需要函数地址的值一样。

可以这样想：编译器将使用 &a 作为参数实例化您的函数模板并生成 "object code"（以它用于传递给链接器的任何格式）。目标代码看起来像（它不会，但你明白了）：

func f__<funky_mangled_name_to_say_this_is_f_for_&a>__:
   reg0 <- /* linker, pls put &std::cout here */
   reg1 <- /* hey linker, stuff &a in there ok? */
   call std::basic_stream::operator<<(int*) /* linker, fun addr please? */
   [...]

如果实例化 f<b&>，假设 b 是另一个全局静态，编译器会做同样的事情：

func f__<funky_mangled_name_to_say_this_is_f_for_&b>__:
   reg0 <- /* linker, pls put &std::cout here */
   reg1 <- /* hey linker, stuff &b in there ok? */
   call std::basic_stream::operator<<(int*) /* linker, fun addr please? */
   [...]

当您的代码调用其中任何一个时：

fun foo:
   call f__<funky_mangled_name_to_say_this_is_f_for_&a>__ 
   call f__<funky_mangled_name_to_say_this_is_f_for_&b>__

要调用的确切函数被编码在损坏的函数名称中。生成的代码不依赖于 &a 或 &b 的运行时值。编译器知道在运行时会有这样的事情（你告诉它的），这就是它所需要的。它会让链接器填补空白（或者如果你没有兑现承诺就会对你大喊大叫）。

对于您的补充，恐怕我对 constexpr 规则还不够熟悉，但是我告诉我的两个编译器将在运行时评估这个函数，根据他们的说法，这使得代码不-符合。（如果他们错了，那么至少上面的答案是不完整的。）

template <int* p, int* pp>
constexpr std::size_t f() { 
  return (p + 1) == (pp + 7) ? 5 : 10; 
}

int main() {
    int arr[f<&a, &b>()] = {};
}

C++14 标准符合模式中的 clang 3.5：

$ clang++ -std=c++14 -stdlib=libc++ t.cpp -pedantic
t.cpp:10:10: warning: variable length arrays are a C99 feature [-Wvla-extension]
  int arr[f<&a, &b>()];
         ^
1 warning generated.

GCC g++ 5.1，相同模式：

$ g++ -std=c++14 t.cpp -O3 -pedantic
t.cpp: In function 'int main()':
t.cpp:10:22: warning: ISO C++ forbids variable length array 'arr' [-Wvla]
   int arr[f<&a, &b>()];

关于指针值是编译时常量的困惑

Confusion about pointer values being compile-time constatns

c++

templates

pointers

compile-time-constant

constexpr