将静态 constexpr 类成员分配给运行时变量

Question

我知道有很多类似的问题，但不知何故有不同的问题。它涉及以下情况：

#include <iostream>
#include <array>
template<typename T> class MyClass
{
public:
    static constexpr std::array<T,4> ARRAY {{4, 3, 1, 5}};
};
int main()
{
    constexpr std::array<int, 4> my_array(MyClass<int>::ARRAY); // works fine -> can use the ARRAY to initialize constexpr std::array
    constexpr int VALUE = 5*MyClass<int>::ARRAY[0]; // works also fine
    int value;
    value = my_array[0]; // can assign from constexpr
    value = MyClass<int>::ARRAY[0]; // undefined reference to `MyClass<int>::ARRAY
    std::cout << VALUE << std::endl;
    std::cout << value << std::endl;
    return 0;
}

据我了解constexpr是针对编译时常量。所以编译器已经可以做一些计算，例如计算VALUE。此外，我显然可以定义一个constexpr std::array<,>，从中我可以将值分配给运行时变量。我希望编译器将已经value = 4设置到可执行程序中，以避免加载操作。但是，我无法直接从静态成员分配，从而收到错误

undefined reference to `MyClass<int>::ARRAY'
clang-3.7: error: linker command failed with exit code 1

这对我来说毫无意义，因为它可以通过另一个constexpr变量的中间步骤来完成。

所以我的问题是：为什么不能将类的静态 constexpr 成员分配给运行时变量？

注意：在我的 MWE 中，该类是一个模板类，它不会影响错误。但是，我最初对这种特殊情况感兴趣，我希望它比非模板类更通用。

（编译器clang++或g++ -std=c++11 - 它们给出相同的错误）

编辑：陈@Bryan：忘记输出行。现在添加。

Answer 1

undefined reference是链接器错误。规则是，如果一个变量是odr使用的，那么它必须有一个定义。这甚至适用于constexpr变量。

与大多数 ODR 规则一样，违反它是无需诊断的未定义行为（这可以解释为什么您没有看到该值的某些使用诊断）。

若要修复此错误，请在类外部添加一个定义：

template<typename T> constexpr std::array<T,4> MyClass<T>::ARRAY;

由于它是一个模板，您实际上可以将其放在标题中，而不是通常定义只放在一个.cpp文件中的情况。

---

这里的主要问题是ARRAY[0]是否算作 odr 使用。 根据这篇详细的帖子，在 C++11 和 C++14 中，索引数组确实算作 odr-use ，但这被 DR 1926 针对 C++14 提交的更改为不是 odr-use。

但是，这是在谈论内置数组。IDK是否同样的理由适用于std::array，我发现[basic.def.odr]/3的文本很难理解。根据 cppreference 的非正式定义，std::array::operator[]会导致数组的 odr 使用，因为它的返回值绑定了对数组的引用。

Answer 2

出于这个原因，我总是从 constexpr 函数返回 constexpr 对象。

修改了下面的代码。请注意，由于 std::array<> 中的 c++14 缺陷，您必须返回 const std::array 才能允许operator[]工作。

#include <iostream>
#include <iostream>
#include <array>
template<typename T> class MyClass
{
public:
    static constexpr const std::array<T,4> ARRAY() { return {4, 3, 1, 5}; };
};
int main()
{
    constexpr std::array<int, 4> my_array(MyClass<int>::ARRAY()); // works fine -> can use the ARRAY to initialize constexpr std::array
    constexpr int VALUE = 5 * MyClass<int>::ARRAY()[0]; // works also fine
    int value;
    value = my_array[0]; // can assign from constexpr
    value = MyClass<int>::ARRAY()[0]; // undefined reference to `MyClass<int>::ARRAY
    std::cout << VALUE << std::endl;
    std::cout << value << std::endl;
    return 0;
}

预期成果：

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