Tham chiếu không xác định đến const constpr tĩnh []

Tôi muốn có một static const charmảng trong lớp học của tôi. GCC phàn nàn và nói với tôi rằng tôi nên sử dụng constexpr, mặc dù bây giờ nó nói với tôi rằng đó là một tài liệu tham khảo không xác định. Nếu tôi làm cho mảng không phải là thành viên thì nó sẽ biên dịch. Chuyện gì đang xảy ra vậy?

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

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

Thêm vào tệp cpp của bạn:

constexpr char foo::baz[];

Lý do: Bạn phải cung cấp định nghĩa của thành viên tĩnh cũng như khai báo. Khai báo và trình khởi tạo đi vào bên trong định nghĩa lớp, nhưng định nghĩa thành viên phải tách biệt.

C ++ 17 giới thiệu các biến nội tuyến

C ++ 17 khắc phục vấn đề này cho constexpr staticcác biến thành viên yêu cầu định nghĩa ngoài dòng nếu nó được sử dụng odr. Xem nửa sau của câu trả lời này để biết chi tiết trước C ++ 17.

Đề xuất biến số nội tuyến P0386 giới thiệu khả năng áp dụng công inlinecụ xác định cho các biến. Đặc biệt trong trường hợp này constexprngụ ý inlinecho các biến thành viên tĩnh. Đề xuất nói:

Trình xác định nội tuyến có thể được áp dụng cho các biến cũng như các hàm. Một biến được khai báo nội tuyến có cùng ngữ nghĩa với một hàm được khai báo nội tuyến: nó có thể được định nghĩa, theo định nghĩa, trong nhiều đơn vị dịch, phải được định nghĩa trong mọi đơn vị dịch trong đó sử dụng odr và hành vi của chương trình như thể có chính xác một biến.

và sửa đổi [basic.def] p2:

Một tuyên bố là một định nghĩa trừ khi
...

• nó khai báo một thành viên dữ liệu tĩnh bên ngoài một định nghĩa lớp và biến được định nghĩa trong lớp với bộ xác định constexpr (cách sử dụng này không được dùng nữa; xem [depr.static_constexpr]),

...

và thêm [depr.static_constexpr] :

Để tương thích với các tiêu chuẩn quốc tế C ++ trước đó, một thành viên dữ liệu tĩnh constexpr có thể được phân phối lại một cách dự phòng bên ngoài lớp mà không có trình khởi tạo. Việc sử dụng này không được chấp nhận. [ Thí dụ:

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

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

 - ví dụ cuối]

C ++ 14 trở về trước

Trong C ++ 03, chúng tôi chỉ được phép cung cấp các trình khởi tạo trong lớp cho các kiểu tích phân const hoặc kiểu liệt kê const , trong C ++ 11 sử dụng constexprđiều này đã được mở rộng thành các kiểu chữ .

Trong C ++ 11, chúng tôi không cần cung cấp định nghĩa phạm vi không gian tên cho constexprthành viên tĩnh nếu nó không được sử dụng , chúng ta có thể thấy điều này từ phần dự thảo tiêu chuẩn C ++ 11 9.4.2 [class.static.data] nói ( nhấn mạnh của tôi đi về phía trước ):

[...] Một thành viên dữ liệu tĩnh có kiểu chữ có thể được khai báo trong định nghĩa lớp với trình xác định constexpr; nếu vậy, khai báo của nó sẽ chỉ định một bộ khởi tạo dấu ngoặc hoặc hoặc bằng nhau trong đó mọi mệnh đề khởi tạo là một biểu thức gán là một biểu thức không đổi. [Lưu ý: Trong cả hai trường hợp này, thành viên có thể xuất hiện trong các biểu thức không đổi. Lưu ý về mối quan hệ] Thành viên vẫn sẽ được xác định trong phạm vi không gian tên nếu nó được sử dụng odr (3.2) trong chương trình và định nghĩa phạm vi không gian tên sẽ không chứa bộ khởi tạo.

Vì vậy, câu hỏi trở thành, được baz sử dụng ở đây:

std::string str(baz); 

và câu trả lời là có , và vì vậy chúng tôi cũng yêu cầu một định nghĩa phạm vi không gian tên.

Vậy làm thế nào để chúng ta xác định nếu một biến được sử dụng odr ? Từ ngữ C ++ 11 ban đầu trong phần 3.2 [basic.def.odr] nói:

Một biểu thức có khả năng được đánh giá trừ khi nó là toán hạng không được đánh giá (Điều 5) hoặc biểu thức con của nó. Một biến có tên xuất hiện dưới dạng biểu thức được đánh giá tiềm năng được sử dụng odr trừ khi nó là đối tượng thỏa mãn các yêu cầu xuất hiện trong biểu thức không đổi (5.19) và chuyển đổi lvalue sang rvalue (4.1) ngay lập tức được áp dụng .

Vì vậy, bazkhông mang lại một biểu thức không đổi nhưng chuyển đổi lvalue-rvalue không được áp dụng ngay lập tức vì nó không được áp dụng do bazlà một mảng. Điều này được đề cập trong phần 4.1 [conv.lval] có nội dung:

Một giá trị (3.10) của loại T không có chức năng, không có mảng có thể được chuyển đổi thành giá trị.53 [...]

Những gì được áp dụng trong chuyển đổi mảng thành con trỏ .

Từ ngữ này của [basic.def.odr] đã bị thay đổi do Báo cáo khuyết tật 712 do một số trường hợp không được bao phủ bởi từ ngữ này nhưng những thay đổi này không thay đổi kết quả cho trường hợp này.

Đây thực sự là một lỗ hổng trong C ++ 11 - như những người khác đã giải thích, trong C ++ 11, một biến thành viên constexpr tĩnh, không giống như mọi loại biến toàn cầu constexpr khác, có liên kết bên ngoài, do đó phải được xác định rõ ràng ở đâu đó.

Điều đáng chú ý là trong thực tế, bạn có thể thường xuyên thoát khỏi các biến thành viên constexpr tĩnh mà không cần định nghĩa khi biên dịch với tối ưu hóa, vì chúng có thể được kết thúc trong tất cả các sử dụng, nhưng nếu bạn biên dịch mà không tối ưu hóa thường thì chương trình của bạn sẽ không liên kết được. Điều này làm cho đây là một cái bẫy ẩn rất phổ biến - chương trình của bạn biên dịch tốt với tối ưu hóa, nhưng ngay khi bạn tắt tối ưu hóa (có lẽ để gỡ lỗi), nó không thể liên kết.

Mặc dù vậy, tin tốt - lỗ hổng này đã được sửa trong C ++ 17! Cách tiếp cận hơi phức tạp mặc dù: trong C ++ 17, các biến thành viên constexpr tĩnh được đặt ngầm định . Có nội tuyến áp dụng cho các biến là một khái niệm mới trong C ++ 17, nhưng nó có hiệu quả phương tiện mà họ không cần một bất cứ nơi nào định nghĩa rõ ràng.

Không phải là giải pháp thanh lịch hơn đang thay đổi char[]thành:

static constexpr char * baz = "quz";

Bằng cách này, chúng ta có thể có định nghĩa / khai báo / khởi tạo trong 1 dòng mã.

Giải pháp của tôi cho liên kết bên ngoài của các thành viên tĩnh là sử dụng các constexprthành viên tham chiếu (điều này không gặp phải vấn đề @gnzlbg nêu ra như một nhận xét cho câu trả lời từ @deddebme).
Thành ngữ này rất quan trọng đối với tôi vì tôi không thích có nhiều tệp .cpp trong các dự án của mình và cố gắng giới hạn số lượng thành một, bao gồm không có gì ngoài #includes và một main()hàm.

// 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]'

Trên môi trường của tôi, gcc vesion là 5.4.0. Thêm "-O2" có thể khắc phục lỗi biên dịch này. Có vẻ như gcc có thể xử lý trường hợp này khi yêu cầu tối ưu hóa.