静态 const 成员变量、可变参数模板和 && 的编译器错误或正确行为？

Question

在尝试编译下面包含的代码时，我注意到一个奇怪的行为。我有4个文件如下

createshared.h：

#ifndef CREATESHARED_H_
#define CREATESHARED_H_

#include <memory>
#include <utility>

#ifdef USE_REFREF
template<typename T, typename... Args>
std::shared_ptr<T> create_shared(Args&&... args)
{
    class HelperClass : public T
    {
    public:
        HelperClass (Args&& ... nargs) : T(std::forward<Args...>(nargs)...) {}
        virtual ~HelperClass() = default;
    };

    return std::make_shared<HelperClass>(std::forward<Args...>(args)...);
}
#else
template<typename T, typename... Args>
std::shared_ptr<T> create_shared(Args... args)
{
    class HelperClass : public T
    {
    public:
        HelperClass (Args ... nargs) : T(nargs...) {}
        virtual ~HelperClass() = default;
    };

    return std::make_shared<HelperClass>(args...);
}
#endif

#endif

静态初始化类.h

#ifndef STATICINITCLASS_H_
#define STATICINITCLASS_H_

class StaticInitClass
{
public:
#ifdef INITIALIZE_IN_HEADER
    static const int default_i = 1;
#else
    static const int default_i;
#endif
    virtual ~StaticInitClass() = default;
    StaticInitClass() = delete;
protected:
    StaticInitClass(int i);
};

#endif

静态初始化类.cpp：

#include "staticinitclass.h"

#include <iostream>

#ifndef INITIALIZE_IN_HEADER
const int StaticInitClass::default_i = 2;
#endif

StaticInitClass::StaticInitClass(int i)
{
    std::cout << "Created with " << i << std::endl;
}

main.cpp:

#include "staticinitclass.h"
#include "createshared.h"
#include <memory>

int main(int argc, const char* argv[])
{
    auto shared = create_shared<StaticInitClass>(StaticInitClass::default_i);
}

没有标志，程序编译并运行良好。

$ g++ -std=c++11 main.cpp staticinitclass.cpp 
$ ./a.out 
Created with 2

好的，因为default_i是一个整数类型，我们可以在header中初始化它。让我们这样做

$ g++ -std=c++11 main.cpp staticinitclass.cpp -DINITIALIZE_IN_HEADER
$ ./a.out 
Created with 1

很好，仍然可以编译并且工作正常。现在，让我们添加 && 和 std::forward

$ g++ -std=c++11 main.cpp staticinitclass.cpp -DINITIALIZE_IN_HEADER -DUSE_REFREF
/tmp/cc3G4tjc.o: In function `main':
main.cpp:(.text+0xaf): undefined reference to `StaticInitClass::default_i'
collect2: error: ld returned 1 exit status

链接器错误。好吧，现在让我们尝试在 .cpp 中初始化我们的 default_i 成员

$ g++ -std=c++11 main.cpp staticinitclass.cpp -DUSE_REFREF
$ ./a.out 
Created with 2

它又可以工作了。使用 clang 会产生相同的结果，这会让我相信这不仅仅是一个孤立的编译器错误，而且可能是语言本身的某些东西阻止了静态初始化。我似乎无法理解为什么添加 && 会导致中断。

目前我在 Ubuntu 14.04 上使用 g++ 4.8.2 和 clang++ 3.5

知道使用 -DINITIALIZE_IN_HEADER 和 -DUSE_REFREF 时这里有什么问题吗？

Answer 1

按照 §9.4.2 [class.static.data]：

³ 如果一个非易失性 const 静态数据成员是整数或枚举类型，它在类定义中的声明可以指定一个大括号或相等初始化器，其中每个初始化器子句是赋值表达式 是常量表达式 (5.19)。 [...] 如果该成员在程序中被 odr-used (3.2)，则该成员仍应在命名空间范围内定义，并且命名空间范围定义不应包含初始化程序。

换句话说，直接在标头中给 const 静态数据成员一个值并不意味着您不需要定义该数据成员。你应该在 staticinitclass.cpp 文件中有这个：

#ifndef INITIALIZE_IN_HEADER
const int StaticInitClass::default_i = 2;
#else
const int StaticInitClass::default_i; // this is what you don't have
#endif

绑定到引用（在您的情况下，转发引用 && 被推断为 const 左值引用）计为该数据成员的 odr-use。

如果您不使用转发引用并且您采用参数按值，则它不是该静态数据成员的 odr-use，因此不会引发链接器错误。