如何将结构体/类的静态成员字段设为constexpr？

问题背景 #

我有一个表示3D向量的Vec结构体，想要把它的静态成员Zero设置为constexpr。

最初的代码如下，静态常量Zero在单独的.cpp文件中定义：

struct Vec
{
    double X;
    double Y;
    double Z;

    static const Vec Zero; // 在单独的.cpp文件中定义

    // ... 一些函数和运算符
};

我尝试在结构体内部直接定义static constexpr Vec Zero{ 0.0, 0.0, 0.0 }，但编译报错*incomplete type is not allowed*。

随后我把定义移到结构体外部并放在头文件中，代码编译通过，但链接阶段出现*duplicate symbol Vec::Zero*错误（因为Vec所在的头文件被多个.cpp文件包含）。

请问将Vec::Zero设为constexpr的正确方式是什么？是否可行？

可行方案（C++17及以上） #

正如@Artyer指出，在C++17中可以使用inline关键字解决这个问题，可行代码如下：

struct Vec
{
    double X;
    double Y;
    double Z;

    static const Vec Zero;
};
inline constexpr Vec Vec::Zero{ 0.0, 0.0, 0.0 }; // 该定义放在头文件中，而非.cpp文件

原理说明 #

• 结构体内部直接定义constexpr静态成员时，此时Vec类型还未完成定义（结构体尚未闭合），因此编译器会抛出“不允许不完整类型”的错误。
• 若在头文件中直接定义非inline的constexpr静态成员，每个包含该头文件的.cpp都会生成一份Vec::Zero的定义，链接时就会出现重复符号错误。
• C++17新增的inline变量特性，允许在头文件中定义变量，保证整个程序中该变量仅存在一个实例，同时满足constexpr的编译期常量要求。

内容的提问来源于Stack Exchange，提问作者Eugene