元编程中的枚举值与静态常量

Question

我正在阅读 C++ 模板：完整指南，第 23 章。元编程。最后，它描述了 在元编程中使用枚举值与静态常量的区别。考虑以下两种计算 3 的 N 次方的实现：

枚举实现：

// primary template to compute 3 to the Nth
template<int N>
struct Pow3 {
   enum { value = 3 * Pow3<N-1>::value };
};

// full specialization to end the recursion
template<>
struct Pow3<0> {
   enum { value = 1 };
};

静态常量实现：

// primary template to compute 3 to the Nth
template<int N>
struct Pow3 {
   static int const value = 3 * Pow3<N-1>::value;
};
// full specialization to end the recursion
template<>
struct Pow3<0> {
   static int const value = 1;
};

紧接着它说后一个版本有一个缺点。如果我们有一个函数 void foo(int const&); 并将元程序的结果传递给它：foo(Pow3<7>::value); 书中说：

编译器必须传递 Pow3::value 的地址，这会强制 编译器实例化和分配静态成员的定义。因此， 计算不再局限于纯粹的“编译时”效果。枚举值不是左值（即它们没有地址）。所以，当我们 通过引用传递它们，不使用静态内存。几乎就像你通过了 计算值作为文字。

说实话，我完全不明白他们的解释。我认为在静态常量版本中，我们在编译时评估结果，但实际引用发生在运行时，因为我们需要传递地址。但是我看不到前一种情况（枚举实现）有太大区别，因为我们应该在那里有临时物化（prvalue -> xvalue 转换），并且由于临时对象也有地址，所以我的思考过程失败了。它还说“不使用静态内存”，我也不明白，因为静态内存应该指的是在编译时发生的分配。

有人可以更详细地解释整个事情吗？

Answer 1

（枚举实现）因为我们应该在那里有临时物化（prvalue -> xvalue 转换）并且因为临时对象也有地址

确实如此，但临时 xvalue 仅在函数调用期间存在。这与向函数传递整数文字相同。因此，可寻址对象在运行时临时存在，具有自动作用域。

反之，

... 强制编译器实例化和分配静态成员的定义。因此，计算不再局限于纯粹的“编译时”效果。

此static const int 是一个具有static 存储持续时间的对象。不需要临时实现，它是一个对象，它在您的程序启动时就存在，并且您正在引用它。

如果您编写多个 .cpp 文件，包括带有 Pow3 的标头，并且它们都调用 foo(Pow3<3>)：

• enum 版本将在每个翻译单元中发出类似 foo(27) 的内容，并带有三个不相关的临时 xvalues
• static 版本将发出一个等效于 const int Pow3<3>::value = 27; 的全局对象，并且每个翻译单元将引用（即引用）同一个对象

Answer 2

我建议这样看：
类型、类型的实例和该类型可以采用的值之间存在差异。

在第一种情况下，您指定的类型（未命名的枚举）只有一个可能的值 value（这是编译时常量）。
没有该类型的实例化，因此不会在编译时或运行时使用内存。
每次代码引用Pow3<N>::value时，编译器不会创建该类型的实例，而是直接使用常量。

在第二种情况下，您改为指定一个 int 类型的变量 value，并将编译时常量分配给它。
这个变量存在，所以会占用内存。
每次代码引用Pow3<N>::value时，编译器都会使用该变量。