带有模板类的 constexpr 和静态成员声明答案

【问题标题】：constexpr and static member declaration with templete class带有模板类的 constexpr 和静态成员声明
【发布时间】：2013-01-19 22:42:46
【问题描述】：

请看代码：

#include <iostream>
#include <typeinfo>

template<int N>
struct C
{
  static constexpr int n = N;
  using this_type_1 = C<n>;
  using this_type_2 = C<N>;
  static this_type_1* p_1;
  static this_type_2* p_2;
};

template<int N>
//C<N>* C<N>::p_1; // <--- error pattern
typename C<N>::this_type_1* C<N>::p_1; // <--- ok pattern

template<int N>
C<N>* C<N>::p_2; // ok

int main(){
  std::cerr
    << typeid(C<0>).name() << "\n"
    << typeid(C<0>::this_type_1).name() << "\n"
    << typeid(C<0>::this_type_2).name() << "\n"
  ;
}

可以用g++-4.7.1和clang++-3.1编译。但它无法使用注释掉的错误模式进行编译。

g++ 错误信息是：

test.cpp:15:13: error: conflicting declaration ‘C<N>* C<N>::p_1’
test.cpp:10:23: error: ‘C<N>::p_1’ has a previous declaration as ‘C<N>::this_type_1* C<N>::p_1’
test.cpp:15:13: error: declaration of ‘C<N>::this_type_1* C<N>::p_1’ outside of class is not definition [-fpermissive]

clang++ 错误信息是：

test.cpp:15:13: error: redefinition of 'p_1' with a different type
C<N>* C<N>::p_1; // error
            ^
test.cpp:10:23: note: previous definition is here
  static this_type_1* p_1;
                      ^
1 error generated.

幸运的是，我发现了一个工作模式。但我不知道为什么无法编译错误模式。请根据C++语言规范告诉我原因。

【问题讨论】：

对我来说似乎很像一个错误，因为这一行编译没有问题：static_assert(std::is_same<C<5>*, typename C<5>::this_type_1*>::value, "Error!");。让我怀疑的是 Clang 3.2 和 GCC 4.7.2 都在抱怨。 VS2012有人吗？
编译器可能不应该接受第三种变体template <int N> typename identity<C<N>*>::type C<N>::p_1;。但是这条线到底在哪里？

标签： c++ templates static declaration constexpr

【解决方案1】：

C<N>::p_1 的两个可能定义并不像看起来那么等价，因为C<N>::n 可能在给定N 的第一次实例化之前的任何时间都被显式特化。

template<int N>
struct C
{
  static constexpr int n = N;
  using this_type_1 = C<n>;
  static this_type_1* p_1;
};

template<int N>
C<N>* C<N>::p_1; // ERROR

template<>
constexpr int C<5>::n = 6;

int main()
{
    C<6>* p = C<5>::p_1;
}

如果编译器接受了C<N>::p_1 的定义，则其声明的类型可能不正确。

【讨论】：

【解决方案2】：

这属于错误 IMO，它会影响 Clang (3.2) 和 GCC (4.7.2)。我的主张得到以下证据的支持（我试图将 OP 问题的代码减少到最低限度）：

#include <type_traits>

template<int N>
struct C
{
    static constexpr int n = N;
    using T = C<n>;
    static T* p;
};

// This compiles, which proves that (C<N>* == typename C<N>::T*)
static_assert(std::is_same<C<5>*, typename C<5>::T*>::value, "Error!");

template<int N>
typename C<N>::T* C<N>::p; // OK
//       C<N>*    C<N>::p; // ERROR! Contradicts the above hypothesis

int main()
{
}

static_assert() 表达式不会导致任何编译错误，这意味着这两种类型确实是相同的。但如果是这样的话，这两种定义static成员C<N>::p的方式应该没有区别。

此外，此代码可以编译：

#include <type_traits>

template<int N>
struct C
{
    using T = C<N>;
    static T* p;
};

// This compiles, which proves that (C<N>* == typename C<N>::T*)
static_assert(std::is_same<C<5>*, typename C<5>::T*>::value, "Error!");

template<int N>
C<N>* C<N>::p; // OK now

int main()
{
}

这意味着问题与将constexpr 静态变量（在本例中为n）用作模板参数有关。

【讨论】：