c++ - 关于指针值是编译时常量的困惑

Question

在 C++ 中，指针值可以是编译时常量。这是真的，否则，非类型模板参数和 constexpr 将无法使用指针。但是，据我所知，静态存储的函数和对象的地址(至少)在链接时而不是编译时是已知的。下面是一个例子:

main.cpp

#include <iostream>

template <int* p>
void f() { std::cout << p << '\n'; }

extern int a;

int main() {
    f<&a>();
}

a.cpp

int a = 0;

我只是想知道在编译main.cpp 时如何知道a 的地址。我希望有人能给我解释一下。

特别是考虑这个

template <int* p, int* pp>
constexpr std::size_t f() { 
  return (p + 1) == (pp + 7) ? 5 : 10; 
}

int main() {
    int arr[f<&a, &b>()] = {};
}

arr的存储应该如何分配？

PLUS: 这种机制似乎相当稳健。即使我启用了 Randomized Base Address ，得到正确的输出。

Answer 1

编译器不需要知道 &a 的值在编译时它需要函数地址的值。

可以这样想:编译器将使用 &a 实例化您的函数模板。作为参数并生成“目标代码”(以它用于传递给链接器的任何格式)。目标代码看起来像(它不会，但你明白了):

func f__<funky_mangled_name_to_say_this_is_f_for_&a>__:
   reg0 <- /* linker, pls put &std::cout here */
   reg1 <- /* hey linker, stuff &a in there ok? */
   call std::basic_stream::operator<<(int*) /* linker, fun addr please? */
   [...]

如果你实例化f<b&> ，假设 b是另一个全局静态，编译器做同样的事情:

func f__<funky_mangled_name_to_say_this_is_f_for_&b>__:
   reg0 <- /* linker, pls put &std::cout here */
   reg1 <- /* hey linker, stuff &b in there ok? */
   call std::basic_stream::operator<<(int*) /* linker, fun addr please? */
   [...]

当您的代码调用其中任何一个时:

fun foo:
   call f__<funky_mangled_name_to_say_this_is_f_for_&a>__ 
   call f__<funky_mangled_name_to_say_this_is_f_for_&b>__

要调用的确切函数被编码在经过修饰的函数名称中。生成的代码不依赖于 &a 的运行时值或 &b .编译器知道在运行时会有这样的事情(你告诉它的)，这就是它所需要的。它会让链接器填补空白(或者如果你没有兑现 promise 就会对你大喊大叫)。

---

对于您的补充，恐怕我对 constexpr 规则还不够熟悉，但是我告诉我的两个编译器将在运行时评估此函数，根据他们的说法，这会使代码不符合要求. (如果他们错了，那么至少上面的答案是不完整的。)

template <int* p, int* pp>
constexpr std::size_t f() { 
  return (p + 1) == (pp + 7) ? 5 : 10; 
}

int main() {
    int arr[f<&a, &b>()] = {};
}

C++14 标准符合模式中的 clang 3.5:

$ clang++ -std=c++14 -stdlib=libc++ t.cpp -pedantic
t.cpp:10:10: warning: variable length arrays are a C99 feature [-Wvla-extension]
  int arr[f<&a, &b>()];
         ^
1 warning generated.

GCC g++ 5.1，相同模式:

$ g++ -std=c++14 t.cpp -O3 -pedantic
t.cpp: In function 'int main()':
t.cpp:10:22: warning: ISO C++ forbids variable length array 'arr' [-Wvla]
   int arr[f<&a, &b>()];