static, const 和 static const 變量的初始化問題

const 常量的在超出其作用域的時候會被釋放，但是 static 靜態變量在其作用域之外並沒有釋放，只是不能訪問。

static 修飾的是靜態變量，靜態函數。對於類來說，靜態成員和靜態函數是屬於整個類的，而不是屬於對象。可以通過類名來訪問，但是其作用域限制於包含它的文件中。

static 變量在類內部聲明，但是必須在類的外部進行定義和初始化。

const 常量在類內部聲明，但是定義只能在構造函數的初始化列表進行。

class A {
public:
    A(int a) : constNum(a) {}
private:
    static int staticNum;
    const int constNum;
};

int A::staticNum = 100;

從上面的代碼可以看出，const 常量的不變形只是針對與一個對象來說的，同一個類的不同對象的 const 常量的值可以不一樣。 

如果想讓 const 常量在類的所有實例對象的值都一樣，可以用 static const (const static)，使用方式如下：

class A {
    const static int num1; // 聲明
    const static int num2 = 13; // 聲明和初始化
};
const int A::num1 = 12; // 定義並初始化
const int num2;  // 定義

上面兩種方式都可以對 const static 常量進行初始化。注意，第 3 行的代碼並沒有對 num2 進行定義，它只是進行聲明。其實這里給了值 13 也沒用進行初始化，因為變量必須在定義了以后才進行初始化。但是我們會發現很奇怪的問題，如下：

class A {
public:
    const static int num2 = 13; // 聲明和【初始化】
};

int main(int argc, char const *argv[])
{
    cout << A::num2 << endl;
    return 0;
}

上面代碼的執行結果是 13，也就是說，num2 還沒有定義就可以使用了。至於 num2 只是聲明沒用定義的證明如下：

class A {
public:
    const static int num2 = 13; // 聲明和【初始化】
};
// const int A::num2;

int main(int argc, char const *argv[])
{
    cout << &(A::num2) << endl;
    return 0;
}

在將第 5 行注釋后，編譯結果如下：

Undefined symbols for architecture x86_64:
  "A::num2", referenced from:
      _main in a-1e0f08.o
ld: symbol(s) not found for architecture x86_64
clang: error: linker command failed with exit code 1 (use -v to see invocation)
[Finished in 0.3s with exit code 1]

也就是說 num2 還沒有定義。在取消注釋后成功輸出 num2 的地址。說明在 加上  const int A::num2; 后 num2 才被定義。

 

那為什么 num2 還沒定義就可以使用了呢，其實因為 num2 是 const 常量，在生成匯編代碼的時候並不是在 num2 的地址內取值，而是直接將 num2 【初始化】的時候的那個值替換掉 num2。這也就是用指針改變 const 常量的值的時候 const 常量的字面值並沒有變化的原因。這個可以自己去看程序的匯編代碼來證明。這個可能在不同的編譯器有不同的實現，因為c++標准並沒有規定 const 要怎樣實現，不同的編譯器的實現可能不一樣。

 

另外一個要注意的地方是，在類內部進行 static const 的初始化只能針對於內置類型，比如如下是會報錯的：

class A {
public:
    const static string str = "str";
};

const string str;

所以如果不是必要，一般都是采用類外初始化的形式。那么什么情況下是必要的呢？我們看如下代碼：

//MyClass.h

class MyClass{
    public:
    static const int MyArraySize = 256;

    private:
        int MyArray[MyArraySize];
};

上面這樣是沒問題的，但是下面這樣就會報錯：

//MyClass.h

class MyClass{
    public:
    static const int MyArraySize;
    static const int MyValue;

    private:
        int MyArray[MyArraySize];
};

//MyClass.cpp
#include "MyClass.h"

const int MyClass::MyArraySize = 256;
const int MyClass::MyValue = 100;

在第 9 行，如果 MyArraySize 有初始化的話，會直接用它的值代替。但是這里找不到它的值，所以無法作為數組定義的size。這個時候用前面的方法就會好一點。

 

最后一個要注意的是，類內的 static const 常量的【初始化】必須用常量表達式，也就是說，這里的【初始化】值必須是一個能直接使用的值。所以如果此時要用函數返回值的話，函數應該是 constexpr 的，如下：

constexpr int fun() {
    return 12;
}

class A {
public:
    const static int num = fun();
};
const int A::num;

當然可以在 fun 函數里面進行一些計算操作。