类静态 constexpr 的 C++ 链接器错误答案

【问题标题】：C++ Linker Error With Class static constexpr类静态 constexpr 的 C++ 链接器错误
【发布时间】：2012-01-17 04:27:43
【问题描述】：

我正在用g++-4.6.1 --std=c++0x 编译以下简单程序：

#include <algorithm>

struct S
{
    static constexpr int X = 10;
};

int main()
{
    return std::min(S::X, 0);
};

我收到以下链接器错误：

/tmp/ccBj7UBt.o: In function `main':
scratch.cpp:(.text+0x17): undefined reference to `S::X'
collect2: ld returned 1 exit status

我意识到内联定义的静态成员没有定义符号，但我的（可能有缺陷的）印象是使用constexpr 告诉编译器始终将符号视为表达式；因此，编译器会知道传递对符号 S::X 的引用是不合法的（出于同样的原因，您不能引用文字 10）。

但是，如果 S 被声明为命名空间，即“命名空间 S”而不是“结构 S”，则一切都可以正常链接。

这是 g++ 错误还是我仍然需要使用技巧来解决这个烦恼？

【问题讨论】：

标签： c++ linker c++11 constexpr

【解决方案1】：

我不认为这是一个错误。如果您将constexpr 更改为const，它仍然会失败，并出现完全相同的错误。

您已经声明了S::X，但没有在任何地方定义它，所以没有存储空间。如果你对它做任何需要知道它的地址的事情，那么你也需要在某个地方定义它。

例子：

int main() {
      int i = S::X; // fine
      foo<S::X>(); // fine
      const int *p = &S::X; // needs definition
      return std::min(S::X, 0); // needs it also
}

原因是constexpr可以在编译时进行评估，但要求这样评估，同样可以在运行时进行。它没有指示“编译器始终将符号视为表达式”，它暗示如果编译器愿意，这样做是明智和允许的。

【讨论】：

您只需要定义S::X，因为std::min 通过引用获取其参数。如果它按值取参数，则不需要定义，因为根据 [basic.def.odr]p2，需要在潜在评估的上下文中提到的变量定义“除非它是一个满足立即应用出现在常量表达式 (5.19) 和左值到右值转换 (4.1) 中的要求”，在这种情况下就是这样。
那么，为什么它是静态结构变量或只是一个全局变量？
@albert 不完全确定您正在考虑的情况，但您看到的行为很可能也受到编译器正在进行的优化的影响。要么就是这样，要么你写的东西既是声明又是定义。
@Flexo：就像原来的问题一样。如果是namespace S，则没有链接器错误，如果是struct S，则有一个。
此外，在standard 中，它说“具有命名空间范围 (3.3.6) 的名称具有内部链接，如果它是 [...] 一个明确声明为 const 的变量的名称或 constexpr ..."。据我了解，这对于结构范围内的静态名称是不同的。因此，在一种情况下，必须定义符号，在另一种情况下，必须不定义。这不受编译器优化的影响。

【解决方案2】：

这已在 C++17 中修复。

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/static:

如果静态数据成员声明为 constexpr，则它是隐式内联的并且不需要在命名空间范围内重新声明。这没有初始化器的重新声明（以前需要，如图所示以上）仍然是允许的，但已被弃用。

【讨论】：

【解决方案3】：

已经解释了错误的原因，所以我只是添加一个解决方法。

return std::min(int(S::X), 0);

这会创建一个临时的，所以std::min 可以引用它。

【讨论】：

【解决方案4】：

您还需要为结构（或类）之外的 constexpr 成员提供定义，但这次没有它的值。见这里：https://en.cppreference.com/w/cpp/language/static

#include <algorithm>

struct S
{
    static constexpr int X = 10;
};

constexpr int S::X;

int main()
{
    return std::min(S::X, 0);
};

【讨论】：

【解决方案5】：

在 C++ 标准 (latest working draft) 中，它说：

具有命名空间范围 (3.3.6) 的名称如果是 [...] 的名称，则该名称具有内部链接，该名称已显式声明 const 或 constexpr 且既未显式声明 extern 也未先前声明有外部链接[...]。

“联动”是这样定义的：

当一个名称可能表示相同的对象、引用、函数、类型、模板、命名空间或值作为另一个范围内的声明引入的名称：

——当一个名字有外部链接时，它所表示的实体可以被来自范围的名字引用其他翻译单元或来自同一翻译单元的其他范围。

——当一个名字有内部链接时，它所表示的实体可以被其他范围的名字引用在同一个翻译单元中。

——当一个名称没有链接时，它所表示的实体不能被其他范围的名称引用。

因此，对于namespace S，它将具有外部链接，对于struct S，它将具有内部链接。

具有外部链接的符号需要在某些翻译单元中明确定义符号。

【讨论】：

联动与本题无关。 X 在struct S 内部的声明不是定义，而在namespace S 内部它实际上是一个定义。函数min 通过引用获取其参数，因此需要定义。

【解决方案6】：

你对constexpr的理解是错误的。已声明的左值 constexpr 仍然是一个左值，并且声明了一个函数 constexpr 仍然是一个函数。当一个函数有一个引用参数，它被传递一个左值，语言要求引用引用该左值，并且什么都没有别的。（当应用于int 类型的变量时，有 constexpr 和普通的区别真的很小 const.)

【讨论】：