将静态 constexpr 类成员分配给运行时变量

Question

我知道有很多类似的问题，但在某种程度上是不同的问题。大概是以下几种情况：

#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;
}

据我了解，constexpr 用于编译时常量。所以编译器已经可以进行一些计算，例如计算VALUE。此外，我显然可以定义一个constexpr std::array<,>，我可以从中将值分配给运行时变量。我希望编译器已经将value = 4 设置到可执行程序中，以避免加载操作。但是，我不能直接从静态成员分配，得到错误

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

这对我来说毫无意义，因为它可以通过另一个 constexpr 变量的中间步骤来完成。

所以我的问题是：为什么不能将类的静态 constexpr 成员分配给运行时变量？

注意：在我的 MWE 中，该类是一个模板类，不会影响错误。不过，我最初对这种特殊情况很感兴趣，我希望它能够像非模板类那样更通用。

（编译器是 clang++ 或 g++ 和 -std=c++11 - 它们给出相同的错误）

编辑：@Bryan Chen：忘记了输出行。现已添加。

Answer 1

undefined reference 是链接器错误。规则是，如果一个变量是odr-used，那么它必须有一个定义。这甚至适用于 constexpr 变量。

与大多数 ODR 规则一样，违反它是未定义的行为，无需诊断（这可以解释为什么您在某些使用值时没有看到诊断）。

要修复错误，请在类外添加定义：

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

由于它是一个模板，您实际上可以将它放在标题中，而不是通常情况下，定义正好放在一个 .cpp 文件中。

---

这里的主要问题是ARRAY[0] 是否算作odr-use。根据this detailed post，在 C++11 和 C++14 中，索引数组确实算作 odr-use ，但这被 DR 1926 针对 C++14 提出的更改为不是odr-use。

然而，那是在谈论内置数组。 IDK 是否同样的理由适用于std::array，我发现 [basic.def.odr]/3 的文字难以理解。根据informal definition on cppreference，std::array::operator[] 会导致数组的odr-use，因为它的返回值绑定了对数组的引用。

Answer 2

因此，我总是从 constexpr 函数返回 constexpr 对象。

修改后的代码如下。请注意，由于 std::array<> 中存在 c++14 缺陷，您必须返回 const std::array 以允许 operator[] 工作。

#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;
}

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