تُعد الهياكل الذاتية المرجعية من أهم وأقوى أنماط تصميم البيانات في لغة ++C. فهي تسمح بإنشاء علاقات داخلية بين أعضاء الكائن الواحد، وتُستخدم بكثرة في هياكل البيانات مثل القوائم المرتبطة، الأشجار، الرسوم البيانية، وأنظمة إدارة الذاكرة.
لكن عند استخدام هذا النمط مع ميزة constexpr في ++C، يختلف سلوك المترجمات بشكل كبير—خصوصاً بين GCC وClang وMSVC.
في هذا المقال، وبناءً على النقاش المطروح في StackOverflow، نقدم تحليلاً تقنياً دقيقاً للمشكلة، وأسباب الاختلاف، والحلول العملية، مع أمثلة توضيحية. وفي النهاية، نستعرض خدمات شركة راديب الرائدة في مجال التقنية في إيران.
استعراض المشكلة الأساسية
الكود التالي يمثل فئة بسيطة في ++C يتم فيها تخزين مؤشر يشير إلى عضو داخل نفس الكائن. السؤال المهم هو: هل هذا مسموح أثناء تنفيذ constexpr؟
template <class T>
class Foo {
T t;
const T* t_ptr;
public:
constexpr Foo(T t) : t(t), t_ptr(&this->t) {}
constexpr Foo(const Foo& foo) : t(foo.t), t_ptr(&this->t) {}
constexpr T get_t() const {
return *t_ptr;
}
};
constexpr auto f = Foo(1);
static_assert(f.get_t() == 1);
يعمل هذا الكود بشكل طبيعي على Clang وMSVC، لكنه يُسبب خطأً عند GCC.
هل الكود صالح وفق معيار ++C؟
نعم، الكود صحيح تماماً وفق معايير C++20 و C++23. أثناء تنفيذ منشئ constexpr، يكون الكائن قيد الإنشاء، ويسمح بأخذ عنوان عضو داخلي منه. وبالتالي:
- Clang يتصرف بشكل صحيح
- MSVC يتصرف بشكل صحيح
- GCC يعاني من خلل معروف
ووفقاً لوثائق WG21، فإن أخذ عنوان عضو داخل المنشئ يُعتبر عملية مسموح بها في constexpr.
لماذا يُصدر GCC خطأ؟
في بعض الإصدارات، لا يستطيع GCC تحليل العلاقات الذاتية أثناء التقييم constexpr، ويفترض بشكل خاطئ أن الكائن يُستخدم قبل اكتمال تهيئته، وهذا غير صحيح.
مثال على رسالة خطأ GCC
error: the value of 'f' is not usable in a constant expression
note: 'f' used in its own initializer
هذا الاستنتاج غير صحيح وقد أقرّ به مجتمع مطوّري ++C كخلل معروف في GCC.
أفضل الحلول لمعالجة المشكلة في GCC
١) نقل تهيئة المؤشر إلى دالة constexpr
template <class T>
constexpr const T* init_ptr(T& t) {
return &t;
}
template <class T>
struct Foo {
T t;
const T* t_ptr;
constexpr Foo(T v) : t(v), t_ptr(init_ptr(t)) {}
};
٢) استخدام consteval
template <class T>
struct Foo {
T t;
const T* ptr;
constexpr Foo(T v) : t(v), ptr(nullptr) {
ptr = &t;
}
};
٣) التهيئة على مرحلتين (Initialize then Patch)
template <class T>
struct Foo {
T t;
const T* ptr;
constexpr Foo(T v) : t(v), ptr(nullptr) {
ptr = &t;
}
};
الاستخدامات العملية للهياكل الذاتية المرجعية
تُعد هذه الهياكل أساس العديد من بنى البيانات، منها:
- القوائم المرتبطة
- الأشجار الثنائية
- الرسوم البيانية
- أنظمة إدارة الذاكرة
مثال: عقدة قائمة مرتبطة constexpr
struct Node {
int value;
const Node* next;
constexpr Node(int v, const Node* n = nullptr)
: value(v), next(n) {}
};
constexpr Node c = Node(1, new Node(2));
(على الرغم من أن new له قيود ضمن constexpr، إلا أنه مسموح جزئياً حتى C++20. للاستخدامات الحقيقية، يُفضل الاعتماد على مصفوفات ثابتة.)
تعريف بخدمات شركة راديب
تُعد راديب من الشركات الرائدة في تطوير البرمجيات، تصميم المواقع، بناء المتاجر الإلكترونية، تحسين محركات البحث، البرمجة الخاصة، تصميم واجهات UI/UX، خدمات الاستضافة والخوادم، والتسويق الرقمي. إذا كان لديك مشروع في مجال الويب، البرمجة، الخدمات السحابية أو الأتمتة، فإن راديب—with خبرتها وفريقها المتخصص—خيار مثالي.
رابط الموقع: radib.com
الخلاصة
الكود المذكور صحيح، وسلوك GCC هو خلل برمجي. الهياكل الذاتية المرجعية في ++C قوية ومفيدة للغاية، واستخدامها مع constexpr يوفر إمكانيات متقدمة في تصميم الأنظمة. ولمشاريع البرمجة الاحترافية، الاعتماد على خدمات مثل شركة راديب يساهم في تسريع العمل وتحسين جودة المنتج النهائي.
