局部变量的地址是constexpr吗？

Question

在 Bjarne Stroustrup 的书 "The C++ Programming Language (4th Edition)" 上。 267（第 10.4.5 节地址常量表达式），他使用了一个代码示例，其中局部变量的地址设置为 constexpr 变量。我觉得这看起来很奇怪，所以我尝试运行使用 g++ 版本 7.3.0 来设置示例，但无法获得相同的结果。这是他的代码示例逐字（虽然略有删节）：

extern char glob;

void f(char loc) {
    constexpr const char* p0 = &glob; // OK: &glob's is a constant
    constexpr const char* p2 = &loc;  // OK: &loc is constant in its scope
}

当我运行这个时，我得到：

error: ‘(const char*)(& loc)’ is not a constant expression

g++ 是否发生了一些我不知道的事情，或者 Bjarne 的示例是否还有其他问题？

Answer 1

Bjarne Stroustrup 的书 "The C++ Programming Language (4th Edition)" 在第 1 页的早期印刷。 267 有 OP 问题中概述的错误。当前的印刷版和电子版已经 "corrected" 但引入了稍后描述的另一个错误。它现在指的是以下代码：

constexpr const char* p1="asdf";

这没关系，因为 "asdf" 存储在固定的内存位置。本书早先印刷错误在这里：

void f(char loc) {
    constexpr const char* p0 = &glob; // OK: &glob's is a constant
    constexpr const char* p2 = &loc;  // OK: &loc is constant in its scope
}

但是，loc不在固定的内存位置。它在堆栈上，并且会根据调用时间的不同而有不同的位置。

不过，目前第4版印刷还有一个错误。这是 10.5.4 中的逐字代码：

int main() {
    constexpr const char* p1 = "asdf";
    constexpr const char* p2 = p1;      // OK
    constexpr const char* p3 = p1+2;    // error:  the compiler does not know the value of p1
}

这是错误的。 compiler/linker 确实知道 p1 的值，并且可以在 link 时确定 p1+2 的值。它编译得很好。

Answer 2

我的 "The C++ Programming Language (4th Edition)" 硬拷贝中提供的第 10.4.5 节中的示例似乎不正确。所以我得出结论，局部变量的地址不是 constexpr.

该示例似乎已在某些 pdf 版本中更新，如下所示：

Answer 3

只是为了补充指出错误的其他答案，C++ 标准只允许 constexpr 指针指向 静态存储持续时间 的对象，一个超过这样的结束，或者nullptr。具体见[expr.const/8]#8.2；

值得注意的是：

字符串文字具有静态存储持续时间:
基于声明 extern 变量的约束，它们将固有地具有 静态存储持续时间 或 线程本地存储持续时间 .

因此这是有效的：

#include <string>

extern char glob;
std::string boom = "Haha";

void f(char loc) {
    constexpr const char* p1 = &glob;
    constexpr std::string* p2 = nullptr;
    constexpr std::string* p3 = &boom;
}

Answer 4

这个答案试图通过分析 x86-64 体系结构的示例来阐明为什么局部变量的地址不能 constexpr。

考虑以下玩具函数 print_addr()，它显示其局部变量的地址 local_var 并递归调用自身 n 次：

void print_addr(int n) {
   int local_var{};
   std::cout << n << " " << &local_var << '\n';

   if (!n)
      return; // base case

   print_addr(n-1);  // recursive case
}

对 print_addr(2) 的调用在我的 x86-64 系统上产生了以下输出：

2 0x7ffd89e2cd8c
1 0x7ffd89e2cd5c
0 0x7ffd89e2cd2c

可以看到，每次调用print_addr()，local_var对应的地址都不一样。也可以看到函数调用越深，局部变量的地址越低local_var。这是因为堆栈在 x86-64 平台上向下增长（即从高地址到低地址）。

对于上面的输出，call stack 在 x86-64 平台上看起来像下面这样：

                |     . . .     |
Highest address ----------------- <-- call to print_addr(2) 
                | print_addr(2) |    
                -----------------
                | print_addr(1) |
                -----------------
                | print_addr(0) | <-- base case, end of recursion
Lowest address  ----------------- Top of the stack

上面的每个矩形代表每次调用 print_addr() 的 stack frame。每个调用的 local_var 位于其对应的堆栈帧中。由于对 print_addr() 的每次调用的 local_var 位于其自己的（不同的）堆栈帧中，因此 local_var 的地址不同。

综上所述，由于函数中局部变量的地址在每次调用函数时可能都不相同（即，每次调用的堆栈帧可能位于内存中的不同位置），因此这样的变量无法在编译时确定，因此不能限定为 constexpr.

局部变量的地址是constexpr吗？

Is the address of a local variable a constexpr?

c++

memory-address

constexpr

c++11