c++ - 强制初始化模板类的静态数据成员

Question

有几个关于模板类的静态数据成员没有被初始化的问题。不幸的是，这些都没有能够帮助我解决特定问题的答案。

我有一个模板类，它有一个静态数据成员，必须为特定类型显式实例化(即，必须专门化)。如果不是这种情况，使用不同的模板函数应该会导致链接器错误。

这是一些代码:

#include <iostream>

template <typename T>
class Instantiate {
public:
    static Instantiate instance;
private:
    Instantiate(std::string const &id) {
        std::cout << "Instantiated " << id << "." << std::endl;
        // Additional, important side effects...
    }
};

template <typename T>
void runme() {
    // Do something to ensure instance is instantiated,
    // without creating run-time overhead.
    // The following only works without optimization.
    void *force = &Instantiate<T>::instance;
}

// Instances need to be explicitly specialized for specific types.
template <> Instantiate<int> Instantiate<int>::instance = {"int"};

int main() {
    // This is OK, since Instantiate<int>::instance was defined.
    runme<int>();
    // This should cause a (linker) error, since
    // Instantiate<double>::instance is not defined.
    runme<double>();
}

调用 runme<T>应该要求 Instantiate<T>::instance被定义，没有实际使用它。获取指向 instance 的指针如图所示有效 - 但前提是未启用优化。我需要一种至少适用于 O2 的不同方法, 如果 instance 的实例化也有效发生在不同的编译单元中。

问题:如何确保在调用 runme 时出现链接器错误类型 T没有明确的 Instantiate<T>::instance已被定义/专门化？

Answer 1

如果我正确理解您的帖子，您的示例代码可以简化为:

struct X
{
    static int x;
};

int main()
{
    void *f = &X::x;
}

并且您发现只有在未传递 -O2 时才会生成链接错误。

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单一定义规则非常复杂，但我相当有信心 &X::x 算作 odr-use。然而，[basic.def.odr]/4 说:

Every program shall contain exactly one definition of every non-inline function or variable that is odr-used in that program; no diagnostic required.

最后 3 个词是编译器的一个大黄鼠狼条款，它基本上允许您看到的行为。该程序格式错误(因此生成的任何可执行文件都具有完全未定义的行为)但标准不要求编译器/链接器产生任何警告或错误。

如果 ODR 规则没有这个转义子句，那么优化器的工作就会困难得多；例如它可能已经确定您的函数只包含死代码，但它必须有额外的逻辑来检查函数中所有odr-use的东西。

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那么我们如何解决这个问题呢？由于变量的所有 ODR 违规都具有相同的“无需诊断”条款，因此没有保证的解决方案。我们将不得不尝试找到您的特定编译器喜欢的东西，或者一种防止优化的方法。

这对我适用于 gcc 4.8.1:

void *volatile f = &X::x;

(同样的事情在您的代码示例中起作用)。不过，这会导致运行时出现小的损失(编译器必须为调用 runme 生成一条指令)。也许其他人会想出更好的把戏 :)