Chỉ định thành viên lớp constexpr tĩnh cho biến thời gian chạy

Question

Tôi biết có rất nhiều câu hỏi tương tự, nhưng bằng một số câu hỏi khác nhau. Đó là về tình huống sau:

#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; 
} 

Theo như tôi hiểu constexpr là các hằng số biên dịch. Vì vậy, trình biên dịch có thể thực hiện một số phép tính, ví dụ để tính toán VALUE. Ngoài ra tôi rõ ràng có thể xác định một constexpr std::array<,>, từ đó tôi có thể gán các giá trị cho các biến thời gian chạy. Tôi hy vọng trình biên dịch sẽ đặt value = 4 vào chương trình thực thi, để tránh hoạt động tải. Tuy nhiên, tôi không thể gán trực tiếp từ các thành viên tĩnh, nhận được lỗi

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

mà làm cho không có ý nghĩa với tôi, bởi vì nó có thể được thực hiện với một bước trung gian của một biến khác constexpr.

Vì vậy, câu hỏi của tôi là: Tại sao một thành viên constexpr tĩnh của một lớp không được gán cho một biến thời gian chạy?

Lưu ý: Trong MWE của tôi, lớp là lớp mẫu, không ảnh hưởng đến lỗi. Tuy nhiên, ban đầu tôi quan tâm đến trường hợp cụ thể này, điều mà tôi mong đợi là tổng quát hơn đối với một lớp không phải mẫu.

(Compiler là clang++ hoặc g++ với -std=c++11 - họ cung cấp cho các lỗi tương tự)

Edit: @Bryan Chen: Quên các dòng đầu ra. Được thêm ngay bây giờ.

Answer 1

Các undefined reference là một lỗi mối liên kết. Quy tắc là nếu một biến là odr-sử dụng thì nó phải có định nghĩa. Điều này áp dụng ngay cả đối với các biến số constexpr.

Giống như hầu hết các quy tắc ODR, vi phạm đó là hành vi không xác định mà không cần chẩn đoán (có thể giải thích tại sao bạn không thấy chẩn đoán đối với một số cách sử dụng giá trị của bạn).

Để khắc phục lỗi này, thêm một định nghĩa bên ngoài lớp:

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

Vì nó là một mẫu bạn thực sự có thể đặt điều này trong tiêu đề, như trái ngược với các trường hợp thông thường mà định nghĩa đi trong đúng một .cpp tệp.

---

Vấn đề chính ở đây là liệu ARRAY[0] đếm như ODR sử dụng.Theo this detailed post, trong C++ 11 và C++ 14, việc lập chỉ mục một mảng được tính là odr-use, nhưng điều này đã bị thay đổi bởi DR 1926 được gửi chống lại C++ 14 không phải là odr-use.

Tuy nhiên, đó là nói về mảng dựng sẵn. IDK cho dù lý do tương tự áp dụng cho std::array, tôi tìm thấy văn bản của [basic.def.odr]/3 khó hiểu. Theo số informal definition on cppreference, std::array::operator[] sẽ gây ra odr-use của mảng vì giá trị trả về của nó liên kết tham chiếu đến mảng.

Answer 2

Vì lý do này, tôi luôn trả về các đối tượng constexpr từ một hàm constexpr.

Mã được sửa đổi bên dưới. Lưu ý rằng do thiếu C++ 14 trong std::array<>, bạn phải trả lại const std::array để cho phép operator[] hoạt động.

#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; 
} 

kết quả mong đợi:

20 
4