强制初始化模板的静态数据成员 class

Question

关于未初始化模板 classes 的静态数据成员存在一些问题。不幸的是 none 其中的答案能够帮助我解决我的具体问题。

我有一个模板 class，它有一个静态数据成员，必须为特定类型显式实例化（即，必须专门化）。如果不是这种情况，使用不同的模板函数应该会导致链接器错误。

这是一些代码：

#include <iostream>

template <typename T>
class Instantiate {
public:
    static Instantiate instance;
private:
    Instantiate(std::string const &id) {
        std::cout << "Instantiated " << id << "." << std::endl;
        // Additional, important side effects...
    }
};

template <typename T>
void runme() {
    // Do something to ensure instance is instantiated,
    // without creating run-time overhead.
    // The following only works without optimization.
    void *force = &Instantiate<T>::instance;
}

// Instances need to be explicitly specialized for specific types.
template <> Instantiate<int> Instantiate<int>::instance = {"int"};

int main() {
    // This is OK, since Instantiate<int>::instance was defined.
    runme<int>();
    // This should cause a (linker) error, since
    // Instantiate<double>::instance is not defined.
    runme<double>();
}

调用runme<T>应该要求定义Instantiate<T>::instance，而不是实际使用它。如图所示获取指向 instance 的指针是可行的——但前提是未启用优化。我需要一种至少适用于 O2 的不同方法，并且如果 instance 的实例化发生在不同的编译单元中也适用。

问题：我如何确保在调用 runme 时出现链接器错误，类型 T 没有显式 Instantiate<T>::instance 是 defined/specialized？

Answer 1

如果我理解你的 post 正确，你的示例代码可以简化为：

struct X
{
    static int x;
};

int main()
{
    void *f = &X::x;
}

并且您发现只有 -O2 未通过时才会生成 link 错误。

单一定义规则非常复杂，但我相当有信心 &X::x 算作 odr-use。然而，[basic.def.odr]/4 说：

Every program shall contain exactly one definition of every non-inline function or variable that is odr-used in that program; no diagnostic required.

最后 3 个字是编译器的一个大 weasel 子句，它基本上允许您看到的行为。该程序格式错误（因此生成的任何可执行文件都具有完全未定义的行为）但标准不要求 compiler/linker 产生任何警告或错误。

如果 ODR 规则没有这个转义子句，那么优化器的工作就会困难得多；例如它可能已经确定您的函数只包含死代码，但它必须有额外的逻辑来检查函数中所有 odr-use 的东西。

那么我们该如何解决这个问题呢？由于变量的所有 ODR 违规都具有相同的 "no diagnostic required" 条款，因此没有保证的解决方案。我们将不得不尝试找到您的特定编译器喜欢的东西，或者一种防止优化的方法。

这对我适用于 gcc 4.8.1:

void *volatile f = &X::x;

（同样的事情在您的代码示例中起作用）。不过，这会导致运行时出现小的损失（编译器必须为调用 runme 生成一条指令）。也许其他人会想出更好的把戏:)

强制初始化模板的静态数据成员 class

Forcing initialization of static data member of template class

c++

templates

optimization

g++

one-definition-rule