由于模板基类，从不完整的类型初始化静态constexpr

Question

我有一个模板基类，期望子类将自己作为模板参数传递。

它看起来有点像这样：

template<typename T>
struct Base {
    constexpr Base(int x) : m_x(x) {}
private:
    int m_x;
};

struct Derived : public Base<Derived>
{
    static const Derived LIFE;
    constexpr Derived(int x) : Base(x) {}
};

const Derived Derived::LIFE = Derived(42);

这段话的意思是：“编译和运行都符合预期。但现在我想让Derived :: LIFE成为constexpr。这可能吗？我不能只将其const限定符更改为constexpr，因为constexpr需要在声明时初始化。”

test.cpp:10:28: error: constexpr static data member ‘LIFE’ must have an initializer
   static constexpr Derived LIFE;

我无法在那里初始化它，因为Derived是不完整的类型：

test.cpp:10:45: error: invalid use of incomplete type ‘struct Derived’
   static constexpr Derived LIFE = Derived(42);

我意识到，如果Derived是一个完整的类型，这个问题就会消失，但在这种情况下，出于与本问题无关的原因，我对自引用模板基类非常依赖。

如果我正确理解this answer中的最后一段，似乎至少有一些讨论将来如何处理不完整类型，但这并不能帮助我解决眼前的问题。

是否有人知道一些技巧可以推迟我的上述代码中LIFE的初始化？

- Martin

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我有一个模板基类，子类需要将自己作为模板参数传递。这被称为“奇异递归模板模式”（Curiously Recurring Template Pattern）。 - dyp

感谢@dyp：我一直想为这个模式取一个名字。所以我想显而易见的（但不太美观）解决方案是将常量移出其类。我怀疑在我的情况下重新组织事物使类型完整并不实际。 - Martin

阅读了链接的答案和标准后，我仍然认为我的第二个（现已删除）评论是正确的：由于Derived是在其“作用域”内的不完整类型（名称查找被推迟到类定义之后），因此您可能无法创建其类型的constexpr对象作为静态数据成员。但是，类的成员函数的定义不在其作用域内。因此，您应该能够使用类似于static constexpr Derived get_LIFE() { return {42}; }的东西。 - dyp

Answer 1

您可以在LIFE的定义中简单地添加constexpr：

constexpr Derived Derived::LIFE = Derived(42);

最近GCC存在一个错误，会拒绝这个操作；您需要使用Clang或者GCC 4.9。

- Richard Smith

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那么，即使它不是声明的一部分，你也可以在定义中使用 constexpr 吗？这看起来很有趣，它在哪里指定了呢？ - Johannes Schaub - litb

@litb 没有规定说你不能这样做。7.1.5/1说：“constexpr说明符只能应用于变量的定义[...]。如果任何函数或函数模板的声明具有constexpr说明符，则其所有声明都必须包含constexpr说明符。”因此，变量声明不能具有该说明符，但是与函数不同，变量重新声明不需要具有匹配的constexpr说明符。 - Richard Smith

我已经使用GCC（[ideone]（https://ideone.com/r8pHW5）），clang（[rextester]（http://rextester.com/SBC68067））和MSVC 2017进行了测试，虽然IntelliSense对此并不太关心，但在这三个编译器上都能按预期工作。我通过将它们作为std :: array的大小来访问static constexpr成员，以确保它们被视为编译时常量表达式。 - monkey0506

这在ICC上不起作用：https://gcc.godbolt.org/z/aquzGx 但仍然+1。 - Yankes

没有规定说你不能这样做。这种推理让我感到不安，因为如果也没有规则指定在这种情况下实现必须做什么，那么它不是未定义行为吗？由于@RichardSmith说这是一个错误，我猜想它实际上在某个地方被定义了。 - aij

Answer 2

我认为你应该使用惰性初始化。实际上，Derived仍然是不完整的类型；因为编译器还不知道它的大小。

所以代码应该是：

struct Derived : public Base<Derived>
{
    constexpr Derived(int x) : Base(x) {}

    static constexpr Derived getLIFE()
    {
        return Derived(34);
    }
};

编辑： 使用以下代码段可以复现相同的不完整类型行为：

struct MyStruct
{
    static constexpr int x = sizeof(MyStruct);
};

- Yousf

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啊，是的 - 这很好用。非常感谢你和@dyp。 - Martin

我也有这个想法，但它与 OP 的方法不同，即每次调用它都会产生一个新的对象。然而，当你有一个常量表达式时，对象身份的概念变得有点无意义。 - Kerrek SB