强制初始化模板类的静态数据成员

Question

有一些

关于模板类的静态数据成员未初始化的问题。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（即必须专用）。如果不是这种情况，使用其他模板函数应该会导致链接器错误。

下面是一些代码：

#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>应要求定义Instantiate<T>::instance，而不实际使用它。如图所示获取指向instance的指针有效 - 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，并且如果instance的实例化发生在不同的编译单元中，该方法也有效。

问题：如何确保在使用未定义/专用化显式Instantiate<T>::instance的类型T调用runme时出现链接器错误？

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时才生成链接错误。

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一个定义规则非常复杂，但我相当有信心&X::x算作 odr 使用。然而，[basic.def.odr]/4 说：

每个

程序应只包含该程序中使用的每个非内联函数或变量的一个定义;无需诊断。

最后 3 个词是编译器的一个大鼬鼠子句，它基本上允许你所看到的行为。程序格式不正确（因此生成的任何可执行文件都具有完全未定义的行为），但该标准不要求编译器/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，那么优化器的工作将更加困难;例如，它可以识别出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 的使用。

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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"规定，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，或者阻止优化的方法。

这在 gcc 4.8.1 中对我有用：

void *volatile f = &X::x;

（同样的事情在您的代码示例中有效）。 不过，这将产生一个小的运行时损失（编译器必须为调用 runme 生成指令）。 也许其他人会想出一个更好的技巧:)