c – 处理模板生成和静态constexpr成员时clang和gcc的不同行为？

发布时间：2020-12-16 07:14:10 所属栏目：百科来源：网络整理

导读：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 typeindexusing namespace std;std::vectorstd::type_indextest_vector(){ static std::vectorstd::type_index rv; return rv;}template typename Tcl

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;
  }

}

当使用clang编译(版本3.5.2,当然使用-std = c 11)时,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),它什么都没输出！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)？

解决方法

首先,一些解决方案.对于它们两者而言,关键部分是从保证实例化的代码中获取注册服务器的地址.这确保了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main中a,b和c的默认初始化：

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

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<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>>()];
};

这里的关键是在静态成员的声明中触发实例化,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constexpr函数的扩展规则,这是C 14特性.当然,如果需要,有几种简单的方法可以使C 11兼容.

我认为你的解决方案存在的问题是,如果__reg_ptr的初始化程序的值没有在某处使用,则无法保证它的实例化. N4527的一些标准报价：

14.7.1p2：

[…] the initialization (and any associated side-effects) of a static data
member does not occur unless the static data member is itself used in
a way that requires the definition of the static data member to exist.

这并没有完全解决constexpr案例,因为(我认为)它正在讨论静态数据成员的外部定义,这种成员使用得很多(它与注册商更相关),但它很接近.

14.7.1p1：

[…] The implicit instantiation of a class template specialization
causes the implicit instantiation of the declarations,but not of the
definitions,default arguments,or exception-specifications of the
class member functions,member classes,scoped member enumerations,
static data members and member templates […]

这保证了第二种解决方案的有效性.请注意,它不保证静态数据成员的类内初始化程序.

关于constexpr结构的实例化似乎存在一些不确定性.有一个CWG 1581,与我们的案例无关,除了在最后,它讨论了在常量表达式评估期间或解析期间是否发生constexpr实例化这一事实尚不清楚.这方面的一些澄清也可能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：

An explicit instantiation that names a class template specialization
is also an explicit instantiation of the same kind (declaration or
definition) of each of its members […]

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.

（编辑：李大同）

【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容!