与正在定义的类相同类型的静态 constexpr 成员

Question

我希望 C 类有一个 C 类型的静态 constexpr 成员。这在 C++11 中可能吗？

尝试 1：

struct Foo {
    constexpr Foo() {}
    static constexpr Foo f = Foo();
};
constexpr Foo Foo::f;

g++ 4.7.0 说：“不完整类型的无效使用”指的是 Foo() 调用。

尝试 2：

struct Foo {
    constexpr Foo() {}
    static constexpr Foo f;
};
constexpr Foo Foo::f = Foo();

现在的问题是在类定义中缺少 constexpr 成员 f 的初始化程序。

尝试 3：

struct Foo {
    constexpr Foo() {}
    static const Foo f;
};
constexpr Foo Foo::f = Foo();

现在 g++ 抱怨 Foo::f 的重新声明与 constexpr 不同。

Answer 1

如果我正确解释标准，这是不可能的。

(§9.4.2/3) [...] 文字类型的静态数据成员可以在 带有 constexpr 说明符的类定义；如果是这样，它的声明应指定一个大括号或等式初始化器，其中作为赋值表达式的每个初始化器子句都是一个常量表达式。 [...]

从上面（以及在静态数据成员声明中没有关于非文字类型的单独声明的事实），我相信constexpr 的静态数据成员必须是文字type（定义见 §3.9/10），并且它的定义必须包含在声明中。使用以下代码可以满足后一个条件：

struct Foo {
  constexpr Foo() {}
  static constexpr Foo f {};
};

类似于您的尝试 1，但没有类外部定义。

但是，由于 Foo 在静态成员的声明/定义时不完整，编译器无法检查它是否是文字类型（如 §3.9/10 中所定义），因此它拒绝代码.

注意有this post-C++-11 document (N3308)讨论了标准中constexpr当前定义的各种问题，并提出了修改建议。具体来说，“提议的措辞”部分建议对 §3.9/10 进行修订，暗示将不完整类型作为一种文字类型包含在内。如果该修订被接受到标准的未来版本中，您的问题将得到解决。

Answer 2

我认为 GCC 拒绝您的尝试 3 是不正确的。C++11 标准（或其任何已接受的缺陷报告）中没有规定重新声明变量必须是 constexpr iff声明是。最接近该规则的标准是 [dcl.constexpr](7.1.5)/1_：

如果函数或函数模板的任何声明具有constexpr 说明符，则其所有声明都应包含constexpr 说明符。

Clang 的 constexpr 实现接受您的尝试 3。

Answer 3

Richard Smith's answer 的更新，尝试 3 现在可在 GCC 4.9 和 5.1 以及 clang 3.4 上编译。

struct Foo {
  std::size_t v;
  constexpr Foo() : v(){}
  static const Foo f;
};

constexpr const Foo Foo::f = Foo();

std::array<int, Foo::f.v> a;

但是，当 Foo 是类模板时，clang 3.4 会失败，但 GCC 4.9 和 5.1 仍然可以正常工作：

template < class T >
struct Foo {
  T v;
  constexpr Foo() : v(){}
  static const Foo f;
};

template < class T >
constexpr const Foo<T> Foo<T>::f = Foo();

std::array<int, Foo<std::size_t>::f.v> a; // gcc ok, clang complains

Clang 错误：

error: non-type template argument is not a constant expression
std::array<int, Foo<std::size_t>::f.v> a;
                ^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Answer 4

早些时候我遇到了同样的问题，遇到了这个十年前的问题。我很高兴地报告说，在这几年中出现了解决方案。我们只需要像上面的“尝试 3”那样做一些事情，但是将Foo::f 的定义标记为inline。使用g++ --std=c++17 编译的最小示例：

foo.hpp

#ifndef __FOO_HPP
#define __FOO_HPP

struct Foo
{
    constexpr Foo() {}
    static const Foo f;
};

inline constexpr Foo Foo::f = Foo();

#endif

foo.cpp

#include "foo.h"

ma​​in.cpp

#include "foo.h"

int main(int, char **) { return 0; }