带constexpr构造函数的类实例成员能否确保存入ROM？

问题背景 #

给出如下结构体定义：

struct Configuration {
public:
    constexpr Configuration(Interface& iface, Interface& iface2, Interface& iface3):iface_(iface),iface2_(iface2),iface3_(iface3) {}
    
    Interface& iface_;
    Interface& iface2_;
    Interface& iface3_;
};

并通过以下代码实例化：

constexpr Configuration conf{cl, cl, cl};

针对无操作系统的ARM控制器平台，使用GCC/IAR编译器时，存在以下疑问：能否确保该实例的三个引用成员被存入ROM？还是仅构造函数在编译期调用，但数据仍存入RAM？或是该行为完全取决于编译器？

解答 #

首先要明确：C++中的引用在底层是通过指针实现的，所以Configuration的三个成员本质上对应三个指针值。

• 若cl是具有静态存储周期且地址固定的对象（比如全局/静态作用域的Interface实例），那么conf的三个引用成员对应的指针值是编译期可确定的常量。对于ARM裸机平台的GCC和IAR编译器来说，都会将constexpr修饰的conf放入只读存储区（ROM），这是嵌入式编译器的常规优化行为，也是符合开发者预期的结果。
• 若cl是局部自动变量，其地址在编译期无法确定，此时constexpr实例化会直接编译失败——因为constexpr要求引用绑定的对象必须是编译期可寻址的常量表达式。
• 仅构造函数编译期调用但数据存入RAM的情况几乎不会出现：constexpr变量的核心要求是其值在编译期确定，在资源紧张的嵌入式平台上，编译器没有理由将编译期常量放到RAM中占用宝贵的随机存取内存资源。

总结：只要cl符合常量表达式要求的静态存储期对象，GCC/IAR会把conf的三个引用成员（即指针值）存入ROM；若cl不符合要求，代码无法通过编译。严格来说C++标准并未强制要求常量必须放入ROM，但目标平台的主流嵌入式编译器都会执行该优化，行为是可预期的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Oliver S.