constexpr变量的唯一地址

Question

是否可以为constexpr变量分配唯一的地址,即对于变量可用的所有翻译单元(通常通过标题)都是相同的？请考虑以下示例:

// foo.hh
#include <iostream>
constexpr int foo = 42;

// a.cc
#include "foo.hh"
void a(void) { std::cout << "a: " << &foo << std::endl; }

// b.cc
#include "foo.hh"
extern void a(void);
int main(int argc, char** argv) {
  a();
  std::cout << "b: " << &foo << std::endl;
}

使用gcc 4.7 编译a.cc和b.cc分开并将它们链接在一起,我看到打印了两个不同的地址.如果我extern在标题中添加关键字,我会收到链接器错误duplicate symbol _foo in: a.o and b.o,我觉得有点令人惊讶,因为我认为添加extern更有可能导致编译器从另一个对象导入该符号,而不是从当前对象导出它.但似乎我对这些事情的运作方式的理解是错误的.

是否有合理的方法在一个标题中声明constexpr,这样所有翻译单元都可以在其常量表达式中使用它,并且所有翻译单元都同意该符号的地址？我希望一些额外的代码来表示这个符号实际所属的单个翻译单元,就像没有的extern非extern变量一样constexpr.

Answer 1

如果需要获取constexpr变量的地址,请将其声明为静态成员变量.它可以用作这种方式的常量表达式(与使用返回const的函数相反).

foo.hpp:

#ifndef FOO_H
#define FOO_H

struct Foo {
  static constexpr int foo { 42 }; // declaration
};

#endif // FOO_H

Foo.cpp中:

#include "foo.hpp"

constexpr int Foo::foo; // definition

bar.cpp:

#include "foo.hpp"

const int* foo_addr() {
  return &Foo::foo;
}

int foo_val() {
  return Foo::foo;
}

main.cpp中:

#include <iostream>
#include "foo.hpp"

extern const int* foo_addr();
extern int foo_val();

constexpr int arr[Foo::foo] {}; // foo used as constant expression

int main() {
  std::cout << foo_addr() << " = " << foo_val() << std::endl;
  std::cout << &Foo::foo << " = " << Foo::foo << std::endl;
}

输出:

$ g++ -std=c++11 foo.cpp bar.cpp main.cpp -o test && ./test
0x400a44 = 42
0x400a44 = 42

Answer 2

C++17inline变量

这个很棒的 C++17 特性允许我们：

• 方便地为每个常量只使用一个内存地址
• 将其存储为constexpr：如何声明 constexpr extern？
• 从一个标题在一行中完成

主程序

#include <cassert>

#include "notmain.hpp"

int main() {
    // Both files see the same memory address.
    assert(&notmain_i == notmain_func());
    assert(notmain_i == 42);
}

不是main.hpp

#ifndef NOTMAIN_HPP
#define NOTMAIN_HPP

inline constexpr int notmain_i = 42;

const int* notmain_func();

#endif

notmain.cpp

#include "notmain.hpp"

const int* notmain_func() {
    return &notmain_i;
}

编译并运行：

编译并运行：

g++ -c -o notmain.o -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic notmain.cpp
g++ -c -o main.o -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic main.cpp
g++ -o main -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic main.o notmain.o
./main

GitHub 上游. 另请参阅：内联变量如何工作？

内联变量的 C++ 标准

C++ 标准保证地址是相同的。C++17 N4659 标准草案 10.1.6“内联说明符”：

6 具有外部链接的内联函数或变量在所有翻译单元中应具有相同的地址。

cppreference https://en.cppreference.com/w/cpp/language/inline解释说如果static没有给出，那么它有外部链接。

内联变量实现

我们可以观察它是如何实现的：

nm main.o notmain.o

其中包含：

main.o:
                 U _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
                 U _Z12notmain_funcv
0000000000000028 r _ZZ4mainE19__PRETTY_FUNCTION__
                 U __assert_fail
0000000000000000 T main
0000000000000000 u notmain_i

notmain.o:
0000000000000000 T _Z12notmain_funcv
0000000000000000 u notmain_i

并man nm说u：

“u”符号是唯一的全局符号。这是标准 ELF 符号绑定集的 GNU 扩展。对于这样的符号，动态链接器将确保在整个过程中只有一个具有此名称和类型的符号在使用。

所以我们看到有一个专门的 ELF 扩展。