为什么在类中初始化的非整数静态数据成员必须是 constexpr？答案

【问题标题】：Why must non-integral static data members initialized in the class be constexpr?为什么在类中初始化的非整数静态数据成员必须是 constexpr？
【发布时间】：2013-10-24 19:49:57
【问题描述】：

类定义中初始化的静态整型数据成员可以声明const或constexpr，但类定义中初始化的非整型静态数据成员必须是constexpr：

class MyClass {
  static const     int   w = 5;          // okay
  static constexpr int   x = 5;          // okay
  static const     float y = 1.5;        // error!
  static constexpr float z = 1.5;        // okay
};

有人知道为什么不允许声明 y 吗？使其非法的标准部分是 9.4.2/3，但为什么它是非法的？

【问题讨论】：

历史、遗产、演变、传统？
你看过this answer吗？
@GabrielL.：您链接到的答案似乎是涉及 C++98 的讨论，而不是 C++11。

标签： c++ c++11 static-members constexpr

【解决方案1】：

在 C++11 之前，您无法在类声明中初始化非整数/枚举类型的静态成员（但您可以在类声明之外）。管理 constexpr 的规则延续了这一点，但允许您在类声明中使用 constexpr 对其进行初始化（因此您不再需要如下代码）：

struct A
{
    static const float pi;
};

const float A::pi = 3.1415;

这条规则的一个副作用是简化你的类结构而不是让它变得丑陋（就像上面的代码）。

在 C++11 添加 constexpr 之前出现这种情况的原因之一是标准没有指定如何实现浮点（它留给处理器/架构 - 例如，当你说float x = 1.6f，实际上在大多数系统上是1.6000000000024）。

【讨论】：

你的想法是对的，但是一个坏例子。 1.5f 可以精确地表示为二进制或十进制浮点类型，并且在几乎任何系统上都应该精确地存储为 1.5。
@hvd 重点是你不能依赖它，因为它依赖于平台。
您写道“在大多数系统上实际上是 1.499999999999999”，这不仅仅是说它不需要精确存储。如果你发现任何系统没有准确存储它，我会感到非常惊讶，即使你是对的，它是允许的。
@hvd 如果它让你感觉更好，请用 1.6f 和 1.600000024 替换它。不过，重点是一样的。
这就是我在第一条评论中试图指出的，你的观点是有效的，这只是一个例子，并没有（在典型的实现上）说明这一点。你现在提到的 1.6f 可以。

【解决方案2】：

float 的动机有点难以描述，但想象一下班级成员：

class MySpecialInt {
public:
    constexpr MySpecialInt(const int & other) {
    }
};
class MyClass {
    static const     MySpecialInt a = 5; // error
    static constexpr MySpecialInt b = 5; // okay
};

a 在这种情况下可能有一些可能违反（或至少严重复杂化）单一定义规则的重要构造。因为constexpr 保证了限制性的编译时属性，所以b 的复制构造函数必须也是constexpr，因此保证在编译时返回一个明确定义的值（并且不违反单一定义规则）

为什么float 表现出这种行为我认为只是出于遗留原因，因为float 传统上从未像这样初始化（“因为标准是这样说的”），所以他们抓住了初始化static const floatconstexpr旗下成员。

【讨论】：

我有兴趣了解有关 ODR 如何对此进行反馈的更多详细信息。 a 和 b 中的每一个都必须只初始化一次。这意味着必须只调用一次适当的构造函数。对于a，我们不知道是在编译期间还是在运行时进行构造，但在什么情况下a、b或MySpecialInt构造函数可以被定义多次（例如这是由于使用了constexpr 而不是const)？
它们实际上在每个翻译单元中定义一次。所以如果你在两个位置包含这个类，a 和b 被定义了两次，但是因为b 是constexpr 它保证始终是相同的值，所以它是合法的。 a 可能有一些内部计数器或其他逻辑会导致 a 在翻译单元之间有所不同，这就是为什么将其声明为 static const 是非法的。
根据 9.4.2/3，带有初始值设定项的静态数据成员的声明不是定义，如果这些成员被 odr 使用，则需要在类之外定义这些成员。但是您提到的问题（如果存在）同样适用于const--而不是constexpr--动态初始化的整数类型的成员。为产生初始化值而调用的函数可以在不同的调用中返回不同的值。所以我不明白这如何解释非整数静态数据成员的限制。
在同一节中，它指出整数类型的初始化子句必须都是常量表达式，因此它们本质上不能动态初始化。
好的，但是同样的限制适用于 const 静态数据成员，所以如果 a 的声明是合法的，MySpecialInt 的构造函数仍然必须是 constexpr。如果是这样的话，仍然不清楚（至少对我来说）为什么constexpr 可以，但const 不行。我一定还是错过了什么。

【解决方案3】：

这可能是因为非整数 i 也可能包含像 char 这样的数据类型，这就是为什么你不能将它们设为常量并需要常量表达式。但在整数的情况下，你可以将它们设为常量表达式或持续的。所以，因为 char 只能是常量表达式，所以对于所有非整数值都是非法的。

【讨论】：