未定义的对静态constexpr char []的引用

Posted 2023-01-28

我想在班上有一个static const char阵列。海湾合作委员会抱怨并告诉我，我应该使用constexpr，虽然现在它告诉我这是一个未定义的参考。如果我使数组成为非成员，那么它将编译。到底是怎么回事？

// .hpp
struct foo 
  void bar();
  static constexpr char baz[] = "quz";
;

// .cpp
void foo::bar() 
  std::string str(baz); // undefined reference to baz

答案

添加到您的cpp文件：

constexpr char foo::baz[];

原因：您必须提供静态成员的定义以及声明。声明和初始化器都在类定义中，但成员定义必须是分开的。

另一答案

C++17 introduces inline variables

C ++ 17修复了constexpr静态成员变量的这个问题，如果它是ord-used则需要一个out-line定义。有关预C ++ 17的详细信息，请参阅下面的原始答案。

提案P0386 Inline Variables引入了将内联说明符应用于变量的功能。特别是对于这种情况，constexpr意味着内联静态成员变量。提案说：

内联说明符可以应用于变量以及函数。声明为内联的变量与内联声明的函数具有相同的语义：它可以在多个翻译单元中相同地定义，必须在每个翻译单元中定义，并且程序的行为就像是恰好是一个变量。

和修改[basic.def] p2：

声明是一个定义，除非 ...

• 它声明了一个类定义之外的静态数据成员，并且该变量是在类中使用constexpr说明符定义的（不推荐使用此用法;请参阅[depr.static_constexpr]），

...

并添加[depr.static_constexpr]：

为了与先前的C ++国际标准兼容，可以在类外部冗余地重新声明constexpr静态数据成员而不使用初始化程序。不推荐使用此用法。 [实施例：

struct A 
  static constexpr int n = 5;  // definition (declaration in C++ 2014)
;

constexpr int A::n;  // redundant declaration (definition in C++ 2014)

- 结束例子]

Original Answer

在C ++ 03中，我们只允许为const积分或const枚举类型提供类初始化器，在C ++ 11中使用constexpr将其扩展为文字类型。

在C ++ 11中，我们不需要为静态constexpr成员提供命名空间作用域定义，如果它没有使用，我们可以从草案C ++ 11标准部分9.4.2 [class.static.data]中看到这一点。说（强调我的前进）：

[...]可以使用constexpr说明符在类定义中声明文字类型的静态数据成员;如果是这样，它的声明应指定一个大括号或等于初始化器，其中作为赋值表达式的每个initializer子句都是一个常量表达式。 [注意：在这两种情况下，成员可能会出现在常量表达式中。 -end note]如果在程序中使用odr-used（3.2）并且命名空间作用域定义不包含初始化程序，则仍应在命名空间作用域中定义该成员。

那么问题就变成了，这里使用的是baz odr：

std::string str(baz); 

答案是肯定的，所以我们也需要命名空间范围定义。

那么我们如何确定变量是否使用了？ 3.2 [basic.def.odr]部分中的原始C ++ 11措辞说：

除非是未评估的操作数（第5条）或其子表达式，否则可能会对表达式进行求值。名称显示为潜在评估表达式的变量是odr-used，除非它是满足出现在常量表达式（5.19）中的要求的对象，并且立即应用左值到右值转换（4.1）。

所以baz确实产生一个常量表达式，但由于baz是一个数组，所以不能立即应用左值到右值的转换，因为它不适用。 4.1 [conv.lval]部分对此进行了介绍，其中说：

非函数非数组类型T的glvalue（3.10）可以转换为prvalue。[...]

什么应用于数组到指针的转换。

[basic.def.odr]的这一措辞因Defect Report 712而改变，因为有些案例没有涵盖这一措辞，但这些修改并未改变本案的结果。

另一答案

这实际上是C ++ 11中的一个缺陷 - 正如其他人所解释的那样，在C ++ 11中，静态constexpr成员变量与其他类型的constexpr全局变量不同，它具有外部链接，因此必须在某处明确定义。

还值得注意的是，在使用优化进行编译时，您通常可以在实践中使用静态constexpr成员变量而无需定义，因为它们最终可以在所有用途中内联，但如果您在没有优化的情况下进行编译，则程序将无法链接。这使得这是一个非常常见的隐藏陷阱 - 您的程序可以通过优化进行编译，但是一旦关闭优化（可能用于调试），它就无法链接。

好消息 - 这个缺陷在C ++ 17中得到修复！这种方法有点令人费解：在C ++ 17中，静态constexpr成员变量are implicitly inline。拥有inline applied to variables是C ++ 17中的一个新概念，但它实际上意味着它们不需要任何地方的明确定义。

另一答案

是不是更优雅的解决方案是将char[]变成：

static constexpr char * baz = "quz";

这样我们就可以在一行代码中定义/声明/初始化。

另一答案

我对静态成员的外部链接的解决方法是使用constexpr引用成员getters（它不会遇到问题@gnzlbg作为对@deddebme的回答的评论）。 这个成语对我来说很重要，因为我厌恶在我的项目中有多个.cpp文件，并试图将数量限制为一个，除了#includes和main()函数之外什么都没有。

// foo.hpp
struct foo 
  static constexpr auto& baz()  return "quz"; 
;

// some.cpp

  auto sz = sizeof(foo::baz()); // sz == 4

  auto& foo_baz = foo::baz();  // note auto& not auto
  auto sz2 =  sizeof(foo_baz);    // 4
  auto name = typeid(foo_baz).name();  // something like 'char const[4]'

另一答案

在我的环境中，gcc版本是5.4.0。添加“-O2”可以解决此编译错误。在要求优化时，gcc似乎可以处理这种情况。