我可以对静态、constexpr、类内初始化的数据成员做什么？答案

【问题标题】：What am I allowed to do with a static, constexpr, in-class initialized data member?我可以对静态、constexpr、类内初始化的数据成员做什么？
【发布时间】：2013-01-10 23:05:36
【问题描述】：

这可能是一个不寻常的问题，因为它要求对another question 的简短回答以及与之相关的 C++11 标准的某些方面进行更全面的解释。

为了便于参考，我将在这里总结参考的问题。 OP 定义了一个类：

struct Account 
{
    static constexpr int period = 30;
    void foo(const int &) { }
    void bar() { foo(period); } //no error?
};

并且想知道为什么他对类内初始化静态数据成员的使用没有错误（一本书提到这是非法的）。 Johannes Schaub 的回答指出：

这违反了单一定义规则；
不需要诊断。

尽管我依赖这个答案的来源和有效性，但我真的不喜欢它，因为我个人觉得它太神秘了，所以我试图自己想出一个更有意义的答案，但只取得了部分成功。相关似乎是§ 9.4.2/4：

"在程序中odr-used (3.2) 的静态数据成员应该只有一个定义；不需要诊断" [重点是我的]

这让我更接近重点。这就是第 3.2/2 节定义 odr-used 变量的方式：

“名称显示为潜在求值表达式的变量是 odr-used 除非它是一个满足出现在常量表达式中的要求的对象 (5.19) 并且立即应用左值到右值转换（4.1）” [重点是我的]

在OP的问题中，变量period显然满足出现在常量表达式中的要求，是constexpr变量。所以肯定要在秒条件中找到原因：“并且立即应用左值到右值转换（4.1）”。

这是我在解释标准时遇到困难的地方。 这第二个条件实际上是什么意思？它涵盖了哪些情况？这是否意味着如果从函数返回静态constexpr 变量不 odr-used（因此可以在类内初始化）？

更笼统地说：您可以对静态 constexpr 变量做什么，以便在课堂上初始化它？

【问题讨论】：

我看到我们有很多relevant yet distinct questions。两者都来自相同的基础 Q 和答案 :)
@AlokSave：确实如此。至少我不是唯一一个觉得整个事情有点混乱的人。
老实说，为了理解标准，我做了一些挠头，但我无法真正看透它。实际上，您在整个过程中都很好地表达了思考过程question.Me 我提出了一个更笼统的问题，担心我对标准语的看法可能会影响阅读它的人是否有意义。 +1 用于记录您的研究:)
@AlokSave：我喜欢“担心我对标准语的看法实际上可能会影响阅读它的人的意义”部分。几乎每次我不得不询问一些对我来说晦涩难懂的正式定义的含义时（不仅仅是在 C++ 或编程中），我都会遇到这种感觉。
我没有将“神秘”术语“一个定义规则”放入我的答案中。只有当有人出于某种原因想知道我提到的规则在标准中的位置时，我才提到它。

标签： c++ c++11 static-members constexpr one-definition-rule

【解决方案1】：

这是否意味着静态 constexpr 变量没有被 ODR 使用（并且因此可以在类内初始化）如果它是从功能？

是的。

本质上，只要你把它当作一个值，而不是一个对象，那么它就不是odr-used。考虑一下，如果您粘贴了该值，则代码将具有相同的功能-这是将其视为右值的时候。但在某些情况下它不会。

只有少数情况下不在原语上执行左值到右值的转换，那就是引用绑定，&obj，可能还有其他几个，但很少。请记住，如果编译器为您提供了一个引用period 的const int&，那么您必须能够获取它的地址，此外，对于每个 TU，该地址必须是相同的。这意味着，在 C++ 可怕的 TU 系统中，必须有一个明确的定义。

如果它不是 odr-used，编译器可以在每个 TU 中制作一个副本，或者替换该值，或者任何它想要的，你无法观察到差异。

【讨论】：

我理解精神和基本原理，+1ed，但我对技术性仍有一些疑问。这是否意味着这将是合法的：foo(static_cast<int&&>(period))?
呃，其实我也不知道。如果在这种情况下发生左值到右值，并且它相当模糊，所以我不确定它是否存在（不要这么认为，你必须检查标准），那么它是合法的，如果不是，那么它是不，因为右值 ref 不会绑定到 const 左值。
在这种情况下，static_cast 的输出似乎是一个prvalue，这意味着它是合法的。根据 5.2.9/1：“表达式 static_cast(v) 的结果是将表达式 v 转换为 T 类型的结果。如果 T 是左值引用类型或对函数类型的右值引用，结果是左值；如果 T 是对对象类型的右值引用，则结果是 xvalue；否则，结果是 prvalue".
这里如果 T 是对对象类型的右值引用，则结果是 xvalue； 适用（int 是对象类型）。 xvalue 是glvalue，而不是prvalue，因此不会发生从左值到右值的转换。（强制转换为右值引用的要点是，您可以在不复制该值的情况下威胁原始对象为右值。
先写“是”：对于返回 int const& 或返回类类型的函数，答案是“否”，该类类型有一个带有 int const& 参数的转换构造函数。跨度>

【解决方案2】：

你错过了前提的一部分。如果您还在某处定义了Account::period（但没有提供初始化程序），那么上面给出的类定义是完全有效的。见 9.4.2/3 的最后一句话：

如果成员是 odr-used，则仍应在命名空间范围内定义 (3.2) 在程序和命名空间范围定义中不得包含一个初始化程序。

整个讨论仅适用于静态 constexpr 数据成员，不适用于命名空间范围的静态变量。当静态数据成员是 constexpr（而不是简单的 const）时，您必须在类定义中初始化它们。所以你的问题应该是：你可以对静态 constexpr 数据成员做什么，这样你就不必在命名空间范围内为其提供定义？

从前面看，答案是该成员不得odr-used。你已经找到了odr-used定义的相关部分。因此，您可以在它不是潜在评估的上下文中使用该成员 - 作为未评估的操作数（例如sizeof或decltype）或其子表达式。您可以在立即应用左值到右值转换的表达式中使用它。

所以现在我们要了解变量的哪些用途会导致立即左值到右值的转换？

部分答案在 §5/8 中：

当一个泛左值表达式作为一个运算符的操作数出现时期望该操作数的纯右值，左值到右值（4.1），数组到指针 (4.2) 或函数到指针 (4.3) 标准应用转换将表达式转换为纯右值。

适用于基本上适用于所有应用标准算术转换的运算符的算术类型。因此，您可以在各种算术和逻辑运算中使用该成员，而无需定义。

我不能列举所有的东西，你可以或不能在这里做，因为东西是一个 [g]lvalue 或 [p]rvalue 的要求遍布整个标准。经验法则是：如果只使用变量的值，则应用左值到右值的转换；如果变量用作对象，则将其用作左值。

您不能在明确需要左值的上下文中使用它，例如作为地址运算符或变异运算符的参数）。左值引用的直接绑定（无需转换）就是这样的上下文。

更多示例（没有详细的标准分析）：

你可以将它传递给函数，除非函数参数是可以直接绑定变量的引用。

对于从函数返回它：如果隐式转换到返回类型涉及用户定义的转换函数，则适用于传递给函数的规则。否则你可以返回它，除非函数返回一个直接引用变量的左值（引用）。

odr-used 变量的关键规则，“一个定义规则”在 3.2/3 中：

每个程序都应该包含每个非内联的定义在该程序中使用 odr 的函数或变量；没有诊断必填。

“不需要诊断”部分意味着违反此规则的程序会导致未定义的行为，其范围可能从无法编译、编译和以令人惊讶的方式失败到编译并表现得好像一切正常。你的编译器不需要警告你这个问题。

正如其他人已经指出的那样，原因是其中许多违规行为只能由链接器检测到。但是优化可能已经删除了对对象的引用，因此不会导致链接失败，否则链接有时可能仅在运行时发生，或者被定义为从名称的多个定义中选择任意实例。

【讨论】：