Question

考虑以下程序（抱歉长度;这是我能想到的表达问题的最短路径）：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <typeindex>

using namespace std;

std::vector<std::type_index>&
test_vector()
{
  static std::vector<std::type_index> rv;
  return rv;
}

template <typename T>
class RegistrarWrapper;

template<typename T>
class Registrar
{
  Registrar()
  {
    auto& test_vect = test_vector();
    test_vect.push_back(std::type_index(typeid(T)));
  }
  friend class RegistrarWrapper<T>;
};

template <typename T>
class RegistrarWrapper
{
  public:
    static Registrar<T> registrar;
    typedef Registrar<T> registrar_t;
};

template <typename T>
Registrar<T> RegistrarWrapper<T>::registrar;


template <typename T>
class Foo
{
  public:
    // Refer to the static registrar somewhere to make the compiler
    // generate it ?!?!?!?
    static constexpr typename RegistrarWrapper<Foo<T>>::registrar_t& __reg_ptr =
      RegistrarWrapper<Foo<T>>::registrar;
};


int main(int argc, char** argv)
{
  Foo<int> a;
  Foo<bool> b;
  Foo<std::string> c;

  for(auto&& data : test_vector()) {
    std::cout << data.name() << std::endl;
  }

}

使用clang++编译时（版本3.5.2，当然还有-std=c++11），此程序输出（通过c++filt传送以便于阅读）：

Foo<int>
Foo<bool>
Foo<std::__1::basic_string<char, std::__1::char_traits<char>, std::__1::allocator<char> > >

但是对于g++（尝试过的版本4.8.5,4.9.3和5.2.0），它什么都不输出！这里发生了什么？哪个编译器符合c ++标准？如何以编译器无关的方式创建此效果（最好没有任何运行时开销）？

Answer 1

首先，一些解决方案。对于它们两者，基本部分是从保证实例化的代码中获取registrar的地址。这样可以确保静态成员的定义也被实例化，从而触发副作用。

第一个依赖于以下事实：Foo的每个特化的默认构造函数的定义被实例化以处理a，b和{{1}的默认初始化} c：

main

缺点是这引入了一个非平凡的构造函数。避免此问题的替代方法如下：

template<typename T> class Foo
{
public:
   Foo() { (void)&RegistrarWrapper<Foo<T>>::registrar; }
};

这里的关键是触发静态成员声明中的实例化，而不依赖于任何初始化器（见下文）。

两种解决方案在Clang 3.7.0，GCC 5.2.0和Visual C ++ 2015中均可正常运行，无论是否启用了优化。第二个使用template<class T> constexpr std::size_t register_class() { (void)&RegistrarWrapper<T>::registrar; return 1; } template<typename T> class Foo { static char reg[register_class<Foo<T>>()]; };函数的扩展规则，这是C ++ 14的特性。当然，如果需要，有几种简单的方法可以使C ++ 11兼容。

我认为您的解决方案存在的问题是，如果constexpr的初始值设定项未在某处使用，则无法保证__reg_ptr的初始值设定项得到实例化。 N4527的一些标准报价：

14.7.1p2：

[...]静态数据的初始化（以及任何相关的副作用）除非静态数据成员本身在其中使用，否则不会发生成员一种需要静态数据成员定义的方法。

这并没有完全解决constexpr案例，因为（我认为）它正在谈论一个有用的静态数据成员的类外定义（它＆＆＃39;与registrar更相关，但它已接近。

14.7.1p1：

[...]类模板特化的隐式实例化导致声明的隐式实例化，而不是定义，默认参数或例外规范类成员函数，成员类，作用域成员枚举，静态数据成员和成员模板[...]

这可以保证第二种解决方案有效。请注意，它不保证静态数据成员的类内初始化程序的任何内容。

constexpr构造的实例化似乎存在一些不确定性。那里CWG 1581与我们的案例没有关系，除了在最后，它谈到了这样一个事实：它不清楚constexpr实例化是否发生在常量表达式评估或解析期间。这方面的一些澄清也可以为您的解决方案提供一些保证（无论哪种方式......），但我们必须等待。

第三种变体：使解决方案工作的一种方法是显式实例化Foo的特化，而不是依赖于隐式实例化：

template class Foo<int>;
template class Foo<bool>;
template class Foo<std::string>;

int main()
{
   for(auto&& data : test_vector()) {
      std::cout << data.name() << std::endl;
   }
}

这也适用于所有三个编译器，并依赖于14.7.2p8：

用于命名类模板特化的显式实例化也是同类的明确实例（声明或定义）每个成员[...]

鉴于这些是明确的实例化定义，这似乎足以说服GCC实例化__reg_ptr的初始化器。但是，那些显式实例化定义只能在整个程序中出现一次（[14.7p5.1]），因此需要格外小心。我认为前两个解决方案更可靠。

处理模板生成和静态constexpr成员时clang和gcc的行为是否不同？

1 个答案: