访问多维 std::array 元素的问题

编程问答 2022-05-01

问题描述

我有一个这样的课程：

    class Actuator
    {
    
    public :
        enum class Action
        {
                disable,turn_on,turn_off,toggle
        };
        
    private:
        /*Data member*/
        
    public :
        /*function member*/
    };

在另一个类中，我定义了两个“Action”枚举类的二维数组：

    class Constant_Value
    {
    private:

        static constexpr std::array<std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_RELAYS>,NUMBER_OF_ACTUATORS> m_actuator_relay_default_config
        {{
        {{Actuator::Action::toggle,Actuator::Action::disable,Actuator::Action::disable}},{{Actuator::Action::disable,Actuator::Action::toggle,Actuator::Action::toggle}}
        }};

        static constexpr std::array<std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_LEDS>,NUMBER_OF_ACTUATORS> m_actuator_led_default_config
        {{
        {{Actuator::Action::toggle,Actuator::Action::toggle}}
        }};
        
        struct 
        {
            std::array<std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_ACTUATORS> actuator_relay_config;

            std::array<std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_ACTUATORS> actuator_led_config;
        }m_eeprom_data;

    public:
        /*Function member*/
    };

正如数组名称所示，这两个数组是默认值，所以我将它们定义为“constexpr”，struct 是一个可编辑的缓冲区。在“Constant_Value”类的构造中，我将结构缓冲区初始化如下：

    Constant_Value::Constant_Value()
    {

        EEPROM.begin(sizeof(m_eeprom_data));

        //Check if the EEPROM contains valid data from another run :
        if (EEPROM.percentUsed() >= 0)
        {

            //Load data from eeprom
            EEPROM.get(0,m_eeprom_data);
        }
        else
        {

            //Prepare default date to write to EEPROM :                
            m_eeprom_data.actuator_relay_config[0] = m_actuator_relay_default_config[0];
            m_eeprom_data.actuator_relay_config[1] = m_actuator_relay_default_config[1];
            m_eeprom_data.actuator_relay_config[2] = m_actuator_relay_default_config[2];
            m_eeprom_data.actuator_relay_config[3] = m_actuator_relay_default_config[3];

            m_eeprom_data.actuator_led_config[0] = m_actuator_led_default_config[0];
            m_eeprom_data.actuator_led_config[1] = m_actuator_led_default_config[1];
            m_eeprom_data.actuator_led_config[2] = m_actuator_led_default_config[2];
            m_eeprom_data.actuator_led_config[3] = m_actuator_led_default_config[3];

            // set the EEPROM data ready for writing
            EEPROM.put(0,m_eeprom_data);

            // write the data to EEPROM
            EEPROM.commit();
        }
    }

当我编译上面的代码时出现以下错误：

/home/ali/.platformio/packages/toolchain-xtensa/bin/../lib/gcc/xtensa-lx106-elf/4.8.2/../../../../xtensa-lx106-elf/bin/ld: .pio/build/esp07/src/Constant_Value.cpp.o:(.text._ZN10my_program14Constant_ValueC2Ev+0x4): undefined reference to `my_program::Constant_Value::m_actuator_relay_default_config'
/home/ali/.platformio/packages/toolchain-xtensa/bin/../lib/gcc/xtensa-lx106-elf/4.8.2/../../../../xtensa-lx106-elf/bin/ld: .pio/build/esp07/src/Constant_Value.cpp.o:(.text._ZN10my_program14Constant_ValueC2Ev+0x8): undefined reference to `my_program::Constant_Value::m_actuator_led_default_config'
collect2: error: ld returned 1 exit status
*** [.pio/build/esp07/firmware.elf] Error 1

当我将一维临时数组定义为 Constant_Value 类的数据成员时：

static constexpr std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_RELAYS> test
{{Actuator::Action::toggle,Actuator::Action::disable}};

并将其分配给缓冲区的第一个元素，例如：

m_eeprom_data.actuator_relay_config[0] = test;

并注释其他赋值行，它将成功编译。

解决方法

您的问题与static变量有关。 static 以及 static constexpr 变量的规则取决于所使用的特定 C++XX 标准。如果类成员未声明为 static constexpr，则代码将从 C++11 开始工作，而使用它它只能在 C++17 及更高版本中像这样工作。对于 C++17 之前的版本，您必须提供额外的类外定义。

多年来，static constexpr 班级成员的标准发生了变化：

  • 在 C++17 之前任何 static 类成员在变量在类外定义之前都没有在内存中的位置。通过这种方式，人们可以在其他地方、另一个源文件或库中定义它。如果使用它，您需要提供一个类外定义。

    class SomeClass {
  public:
    static int count;
};

// Out of class definition
int SomeClass::count = 0;

    这也适用于 constexpr 类成员，因为这些类成员必须是 static，因此必须初始化。

  • 在 C++17 中引入了 static inline 类成员。因此，有人可以将成员定义为 inline static 并在类中提供定义。

    class SomeClass {
  public:
    // Works since C++17
    inline static int count = 0;
};

    同时，static constexpr 变量被隐式地创建为 inline。这意味着任何 static constexpr 变量都将隐式为 inline static constexpr，并且必须在类中提供定义。

因此，对于 C++17 及以后的编译器，您的代码非常好，而对于 C++17 之前的编译器，您必须提供类外定义：

constexpr std::array<std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_RELAYS>,NUMBER_OF_ACTUATORS> Constant_Value::m_actuator_relay_default_config;
constexpr std::array<std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_ACTUATORS> Constant_Value::m_actuator_led_default_config;
constexpr std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_RELAYS> Constant_Value::test;

测试它here。

在您的情况下，您的编译器似乎是 C++17 之前的并且不完全符合 C++17（或设置为 C++14 或 C ++11)：static constexpr 成员的定义适用于 std::array，但不适用于数组数组。所以像

constexpr std::array<std::array<Actuator::Action,NUMBER_OF_ACTUATORS> Constant_Value::m_actuator_led_default_config;

对于您的特定编译器应该足够了。这种行为可以用 GCC compilers compiled with C++14 观察，但例如不会用 Clang C++14 编译。因此，我建议您对所有三个都这样做，这样您的代码就不会被其他编译器破坏。

tl;dr：在 C++17 之前，您必须证明所有三个类成员 m_actuator_relay_default_config、m_actuator_led_default_config 和 {{ 的类外定义1}}。从 C++17 开始，您的代码应该可以正常编译。

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