c++ - 基类的 constexpr 地址

Question

用clang 3.4(trunk)，有什么方法可以用常量表达式计算基类的位移吗？

struct A { int a; };
struct B { int b; };

struct C: A, B {};

// cannot access base class of null pointer:
constexpr auto c_b_address = /*(size_t)*/ &(B&) *(C*)nullptr; 

Answer 1

是的，可以用常量表达式计算基类的位移，但它根本不可移植。你可以使用一个鲜为人知但documented clang 也支持的 gcc 扩展。当与运算符 ?::

一起使用时，它涉及到 __builtin_constant_p 的使用

#define CB (&(B&)*(C*)nullptr)
constexpr auto c_b_address = __builtin_constant_p CB ? CB : CB;

请注意，我刚刚使用宏 CB 来说明发生了什么。当然，这也可以通过多次重复表达式来完成。顺便说一句，我第一次知道这个技巧in this question其中包含有用的背景信息。

正如您可能已经了解的那样，基本问题是 constexpr 表达式中不允许使用 reinterpret_cast 或等效的 C 风格转换。奇怪的是，C 风格的转换(如上)被接受，但 reinterpret_cast(不会生成任何代码)不被接受。我还尝试了晦涩但看似合适的 ->* 运算符，但结果喜忧参半:

#define CB1 (&(B&)*(C*)nullptr)
#define CB2 (&((reinterpret_cast<C*>(nullptr))->*(&C::b)))
#define CB3 (&(((C*)(nullptr))->*(&C::b)))
#define CB4 (&(B&)*reinterpret_cast<C*>(nullptr))
#define CB CB1

g++ 4.8.3 和 clang++ 3.4 的结果:

     g++             clang++
--- ------------    --------
CB1  OK              OK
CB2  compile error   compile error
CB3  OK              compiles but gives answer = 0
CB4  compile error   compile error

在我运行 Linux 的 64 位机器上，只有 CB1 在两个编译器中都产生了正确答案 4。对于 gcc，CB1 和 CB2 都可以使用或不使用 __builtin_constant_p。使用 clang，唯一有效的版本是 CB1 with __builtin_constant_p。

为什么我们应该相信这是故意的行为？

正如@ShafikYaghmour 在评论中非常合理地问道，“您是否有 gcc 或 clang 引用资料表明它们支持这种行为？”我将扩大这个问题以询问“存在哪些文档表明这是有意的，而不仅仅是奇怪的副作用？”毕竟，如果有人真的要使用它，最好有一些迹象表明它可能在未来继续存在。本节试图解决这个问题。

对于clang，引用是the source code itself其中 VisitConditionalOperator 函数中的注释说:

// If the condition (ignoring parens) is a __builtin_constant_p call,
// the result is a constant expression if it can be folded without
// side-effects. This is an important GNU extension. See GCC PR38377
// for discussion.

这又指向 gcc 的 Bugzilla bug 38377其中讨论了这个问题。具体来说，在 2008 年，这个错误被报告为“__builtin_constant_p(t) ? t : 1 不被认为是常量整数表达式”。在讨论中，注意到对于条件运算符 (?:)，

Yes, this is a (documented) special case required to be compatible with existing GNU C code.

此外，

If you get this wrong for C then GCC will fail to bootstrap, as it's part of the GNU C semantics GCC relies on when being built with GCC.

鉴于此，该行为似乎既具体又经过深思熟虑，并且由于 gcc 本身依赖于它，因此可能是相当稳定的行为。

不过，所有关于使用非标准实现细节的常见警告仍然适用。如果您可以在运行时执行此操作，那么 gcc 和 clang 都可以接受它:

ptrdiff_t cb = (char *)(&(B&)*(C*)nullptr) - (char *)nullptr;