static, const 和 static const 变量的初始化问题

const 常量的在超出其作用域的时候会被释放，但是 static 静态变量在其作用域之外并没有释放，只是不能访问。

static 修饰的是静态变量，静态函数。对于类来说，静态成员和静态函数是属于整个类的，而不是属于对象。可以通过类名来访问，但是其作用域限制于包含它的文件中。

static 变量在类内部声明，但是必须在类的外部进行定义和初始化。

const 常量在类内部声明，但是定义只能在构造函数的初始化列表进行。

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

int A::staticNum = 100;

从上面的代码可以看出，const 常量的不变形只是针对与一个对象来说的，同一个类的不同对象的 const 常量的值可以不一样。 

如果想让 const 常量在类的所有实例对象的值都一样，可以用 static const (const static)，使用方式如下：

class A {
    const static int num1; // 声明
    const static int num2 = 13; // 声明和初始化
};
const int A::num1 = 12; // 定义并初始化
const int num2;  // 定义

上面两种方式都可以对 const static 常量进行初始化。注意，第 3 行的代码并没有对 num2 进行定义，它只是进行声明。其实这里给了值 13 也没用进行初始化，因为变量必须在定义了以后才进行初始化。但是我们会发现很奇怪的问题，如下：

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

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

上面代码的执行结果是 13，也就是说，num2 还没有定义就可以使用了。至于 num2 只是声明没用定义的证明如下：

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

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

在将第 5 行注释后，编译结果如下：

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]

也就是说 num2 还没有定义。在取消注释后成功输出 num2 的地址。说明在 加上  const int A::num2; 后 num2 才被定义。

 

那为什么 num2 还没定义就可以使用了呢，其实因为 num2 是 const 常量，在生成汇编代码的时候并不是在 num2 的地址内取值，而是直接将 num2 【初始化】的时候的那个值替换掉 num2。这也就是用指针改变 const 常量的值的时候 const 常量的字面值并没有变化的原因。这个可以自己去看程序的汇编代码来证明。这个可能在不同的编译器有不同的实现，因为c++标准并没有规定 const 要怎样实现，不同的编译器的实现可能不一样。

 

另外一个要注意的地方是，在类内部进行 static const 的初始化只能针对于内置类型，比如如下是会报错的：

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

const string str;

所以如果不是必要，一般都是采用类外初始化的形式。那么什么情况下是必要的呢？我们看如下代码：

//MyClass.h

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

    private:
        int MyArray[MyArraySize];
};

上面这样是没问题的，但是下面这样就会报错：

//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 有初始化的话，会直接用它的值代替。但是这里找不到它的值，所以无法作为数组定义的size。这个时候用前面的方法就会好一点。

 

最后一个要注意的是，类内的 static const 常量的【初始化】必须用常量表达式，也就是说，这里的【初始化】值必须是一个能直接使用的值。所以如果此时要用函数返回值的话，函数应该是 constexpr 的，如下：

constexpr int fun() {
    return 12;
}

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

当然可以在 fun 函数里面进行一些计算操作。