c++ - 在头文件中声明全局常量对象

Question

在 Eric Niebler 的 range-v3 库中，他提供了许多 header ，每个 header 都有自己的全局函数对象。它们都以相同的方式声明。他提供了一个类模板static_const :

template<typename T>
struct static_const
{
    static constexpr T value {};
};

template<typename T>
constexpr T static_const<T>::value;

然后每个 F 类型的函数对象声明为:

namespace
{
    constexpr auto&& f = static_const<F>::value;
}

通过 static_const 模板和在未命名的命名空间中引入对象与仅仅编写相比有什么好处:

static constexpr F f{};

Answer 1

问题基本上是一个定义规则。

如果你有:

static constexpr F f{};

名字f有内部链接，这意味着每个翻译单元都有自己的 f .其结果意味着，例如，一个内联函数，其地址为 f。将根据调用发生在哪个翻译单元获得不同的地址:

inline auto address() { return &f; } // which f??

这意味着现在我们实际上可能有 address 的多个定义.真的，任何采用地址 f 的操作是可疑的。

来自 D4381 :

// <iterator>
namespace std {
  // ... define __detail::__begin_fn as before...
  constexpr __detail::_begin_fn {};
}

// header.h
#include <iterator>
template <class RangeLike>
void foo( RangeLike & rng ) {
  auto * pbegin = &std::begin; // ODR violation here
  auto it = (*pbegin)(rng);
}

// file1.cpp
#include "header.h"
void fun() {
  int rgi[] = {1,2,3,4};
  foo(rgi); // INSTANTIATION 1
}

// file2.cpp
#include "header.h"
int main() {
  int rgi[] = {1,2,3,4};
  foo(rgi); // INSTANTIATION 2
}

The code above demonstrates the potential for ODR violations if the global std::begin function object is defined naïvely. Both functions fun in file1.cpp and main in file2.cpp cause the implicit instantiation foo<int[4]>. Since global const objects have internal linkage, both translation units file1.cpp and file2.cpp see separate std::begin objects, and the two foo instantiations will see different addresses for the std::begin object. That is an ODR violation.

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另一方面，通过:

namespace
{
    constexpr auto&& f = static_const<F>::value;
}

同时 f仍然有内部链接，static_const<F>::value由于它是静态数据成员，因此具有外部 链接。当我们取 f 的地址时, 它是一个引用意味着我们实际上正在使用 static_const<F>::value 的地址，它在整个程序中只有一个唯一地址。

另一种方法是使用变量模板，它需要具有外部链接 - 这需要 C++14，并且也在同一链接中进行了演示:

namespace std {
  template <class T>
  constexpr T __static_const{};
  namespace {
    constexpr auto const& begin =
      __static_const<__detail::__begin_fn>;
  }
}

Because of the external linkage of variable templates, every translation unit will see the same address for __static_const<__detail::__begin_fn>. Since std::begin is a reference to the variable template, it too will have the same address in all translation units.

The anonymous namespace is needed to keep the std::begin reference itself from being multiply defined. So the reference has internal linkage, but the references all refer to the same object. Since every mention of std::begin in all translation units refer to the same entity, there is no ODR violation ([basic.def.odr]/6).

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在 C++17 中，有了新的内联变量特性，我们根本不必担心这个，只需编写:

inline constexpr F f{};