静态数据成员的类内初始化

Question

在C++中，static 成员变量不能在类体中进行初始化，但有以下例外：

• const 整数类型的 static 成员可以被初始化
• constexpr 字面类型的 static 成员必须被初始化

为什么会存在这些例外呢？

另外，即使一个 const static 数据成员在类体中进行了初始化，这个成员通常应该在类定义外部进行定义。

我从来没有完全理解这一点。这个额外的定义有什么意义呢？

只是试图在这里获得一些直觉。

- 7cows

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关键点在于变量是否会被odr-used。只要不是，实际上你不需要定义它，因为每当引用变量时粘贴其值就足够了。 - Kerrek SB

这并不是额外的定义，而是一个定义。在类体内，你有一个声明。 - Pete Becker

由于您可能需要从不同的翻译单元（= cpp文件）访问静态数据成员，因此您必须定义一个“位置”，每个翻译单元都引用该位置，即定义静态成员的单个翻译单元。这与（全局）extern变量相同。 - dyp

@DyP：那是错误的。在类模板的情况下，链接器必须已经处理冗余定义。这里没有区别。实际上，编译器为什么不能隐式定义每个全局变量，然后简单地合并它们，因为在许多情况下已经需要这样做了呢？C++标准（像往常一样）只是在这里让用户的生活不必要地艰难。 - Puppy

即使链接器可以这样做，我认为对于外部变量而言情况是一样的。根据标准，你目前必须这样做，我猜这也是由于初始化顺序的原因，这也是有用的。 - dyp

Answer 1

为什么类定义中可以有初始化器？

关于const和constexpr静态数据成员的两个例外：

[class.static.data]/3

[注意：在这两种情况下，成员可以出现在常量表达式中。——end note]

也就是说，如果有初始化器，你可以在常量表达式中使用它们，例如：

struct s
{
    static std::size_t const len = 10;
    int arr[len];
};
std::size_t const s::len;

如果在类定义中未初始化len，则编译器无法轻易地知道其值，在下一行定义arr的长度。

有人可能会争论是否允许在类定义中对非const、非constexpr静态数据成员进行初始化，但这可能会干扰初始化顺序：

[basic.start.init]/2

引用：

专门为类模板静态数据成员定义的定义具有有序初始化。其他类模板静态数据成员（即隐式或显式实例化的特化）具有无序初始化。 具有静态存储持续时间的其他非本地变量具有有序初始化。

也就是说，定义包括初始值设定项的顺序很重要。 非局部对象的（动态）初始化顺序仅在转换单元内定义，这是必须为非const、非constexpr静态数据成员提供定义的另一个原因。

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这个额外定义的意义是什么？

我认为评论中已经回答了这个问题。您可能需要添加ODR，即作为具有外部链接的名称，如果它被ODR使用，则只需在一个转换单元中定义静态数据成员。程序员可以选择此转换单元。

- dyp

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所有错误的原因...代码不可读，被强制分割成不同的文件。 - QT-1

使用C++17，我们现在可以在头文件中定义inline变量。 - dyp

确实。inline很有帮助。谢谢！希望C++20模块能够结束所有这些古老的#include传奇.. - QT-1

@user1656671 我还没有深入研究模块，但我猜它们并不能摆脱目标文件和库文件。因此，链接和初始化顺序问题仍然很重要。 - dyp

我期望模块将使头文件变得多余，从而消除与多重包含相关的所有问题。一旦g++在正式版本中包含它们，我计划开始使用模块。当前的C++远远落后于所有主要语言。在C++中编写非平凡代码需要技巧和奇怪的语法，而其他语言则更易读。初始化顺序应该小心处理，但我认为有一个关于什么是安全的定义。 - QT-1