C++ 编译时程序范围内的唯一编号

Question

我已经提出了一个问题的解决方案，但我不确定它是否总是有效或仅在我的编译器上有效。 首先，问题是：我注意到在很多情况下，希望有一个模板类，即使给定相同的类型，每次使用它时也会重新实例化（假设您的模板类具有初始化为函数调用的静态成员）有一些重要的副作用——并且您希望每次使用模板时都会产生这种副作用）。 执行此操作的简单方法是为模板提供一个额外的整数参数：

template<class T, class U, int uniqueify>
class foo
{
...
}

但现在您必须手动确保每次使用 foo 时都向其传递一个不同的值来进行 uniqueify。 天真的解决方案是像这样使用 __LINE__：

#define MY_MACRO_IMPL(line) foo<line>
#define MY_MACRO MY_MACRO_IMPL(__LINE__)

不过，这个解决方案有一个问题 - __LINE__ 会为每个翻译单元重置。 因此，如果两个翻译单元在同一行上使用该模板，则该模板只会实例化一次。 这似乎不太可能，但想象一下，如果确实发生了，调试编译器错误会有多困难。 同样，您可以尝试以某种方式使用 __DATE__ 作为参数，但这只有秒精度，并且是编译开始的时间，而不是到达该行的时间，因此如果您使用的是 make 的并行版本两个翻译单元具有相同的 __DATE__ 是相当合理的。

另一个解决方案是，某些编译器有一个特殊的非标准宏，__COUNTER__，它从 0 开始，每次使用时都会递增。 但它也遇到了同样的问题——每次调用预处理器时它都会重置，因此每个翻译单元都会重置。

另一种解决方案是同时使用 __FILE__ 和 __LINE__ ：

#define MY_MACRO_IMPL(file, line) foo<T, U, file, line>
#define MY_MACRO MY_MACRO_IMPL(T, U, __FILE__, __LINE__)

但是您不能根据标准将 char 文字作为模板参数传递，因为它们没有外部链接。

即使这确实有效，标准中也没有定义 __FILE__ 是否包含文件的绝对路径或仅包含文件本身的名称，因此如果您在不同的文件夹中有两个相同的命名文件，这仍然可能会破裂。 所以这是我的解决方案：

#ifndef toast_unique_id_hpp_INCLUDED
#define toast_unique_id_hpp_INCLUDED

namespace {
namespace toast {
namespace detail {

template<int i>
struct translation_unit_unique {
    static int globally_unique_var;
};

template<int i>
int translation_unit_unique<i>::globally_unique_var;

}
}
}

#define TOAST_UNIQUE_ID_IMPL(line) &toast::detail::translation_unit_unique<line>::globally_unique_var
#define TOAST_UNIQUE_ID TOAST_UNIQUE_ID_IMPL(__LINE__)

#endif

如果没有使用示例，为什么它起作用并不清楚，但首先是一个概述。 我的关键见解是，每次创建全局变量或静态成员变量时，您都会以该变量地址的形式创建一个程序范围内的唯一编号。 因此，这为我们提供了一个在编译时可用的唯一编号。 __LINE__ 确保我们不会在同一翻译单元内发生冲突，并且外部匿名命名空间确保变量是跨翻译单元的不同实例（从而获得不同的地址）。

用法示例：

template<int* unique_id>
struct special_var
{
    static int value;
}

template<int* unique_id>
int special_var<unique_id>::value = someSideEffect();

#define MY_MACRO_IMPL(unique_id) special_var<unique_id>
#define MY_MACRO MY_MACRO_IMPL(TOAST_UNIQUE_ID)

foo.cpp 变为：

#include <toast/unique_id.hpp>

...

typedef MY_MACRO unique_var;
typedef MY_MACRO unique_var2;
unique_var::value = 3;
unique_var2::value = 4;
std::cout << unique_var::value << unique_var2::value;

尽管是相同的模板，并且用户没有提供区分参数，但 unique_var 和 unique_var2 是不同的。

我最担心的是匿名命名空间中变量的地址在编译时实际上可用。 从技术上讲，匿名命名空间就像声明内部链接，模板参数不能有内部链接。 但是标准规定处理匿名命名空间的方式就像变量被声明为具有程序范围唯一名称的命名空间的一部分一样，这意味着从技术上讲，它确实具有外部链接，即使我们通常不这么认为。 所以我认为标准在我这边，但我不确定。

我不知道我是否已经很好地解释了为什么这会有用，但为了这次讨论，我发誓，它是有用的；）

Answer 1

这种技术一般来说并不安全，原因有二。

1. __LINE__ 在同一翻译单元中的两个不同行上可以相等，可以通过 #line 指令，或者（更常见）通过在相同的行号上使用多个头文件。

2. 如果您在内联函数或头文件中的模板定义中使用 TOAST_UNIQUE_ID 或从它派生的任何内容，您将违反 ODR。

也就是说，如果您从不在头文件中使用它，并且不在主源文件中使用 #line ，并且每行仅使用该宏一次，那么它似乎是安全的。 （您可以通过从 __LINE__ 切换到 __COUNTER__ 来删除最后一个限制。）

Answer 2

这应该是安全的 - 但更简单的方法是仅使用FILE。 另外，int 在 64 位平台上是不够的。 使用 intptr_t：

template<const char *file, int line>
class unique_value {
  static char dummy;
  unique_value() { }
public:
  static intptr_t value() { return (intptr_t)&dummy; }
};

#define UNIQUE_VALUE (unique_value<__FILE__, __LINE__>::value())

此外，请记住，在宏或模板中使用时，这会崩溃。

此外，具有带有副作用的静态值的模板是一个坏主意 - 请记住，在调用 main() 之前，副作用以任意顺序发生 - 并且将初始化副作用隐藏在随机函数中对于可维护性来说并不是很好。