static 關(guān)鍵字

(1) static 的多種用途

在 C++ 中，static 關(guān)鍵字有幾種看似無關(guān)的用途。為該關(guān)鍵字“過載”部分動機是為了避免在語言中引入新的關(guān)鍵字。

(2) static 數(shù)據(jù)成員和方法

你可以聲明類的 static 數(shù)據(jù)成員和方法。與非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不同，static 數(shù)據(jù)成員不是每個對象的一部分。相反，數(shù)據(jù)成員的只有一份副本，存在于該類的任何對象之外。static 方法同樣處于類級別而不是對象級別。static 方法不在特定對象的上下文中執(zhí)行；因此，它沒有隱式的 this 指針。這也意味著 static 方法不能被標(biāo)記為 const。

static 鏈接

(1) 鏈接的概念

在涉及 static 關(guān)鍵字用于鏈接之前，需要理解 C++ 中鏈接的概念。C++ 源文件是獨立編譯的，編譯后的對象文件被鏈接在一起。

C++ 源文件中的每個名稱（包括函數(shù)和全局變量）都有一個鏈接性，可以是外部的（external）或內(nèi)部的（internal）。外部鏈接意味著該名稱可以從其他源文件訪問。內(nèi)部鏈接（也稱為靜態(tài)鏈接）則意味著不可以。默認(rèn)情況下，函數(shù)和全局變量具有外部鏈接。然而，可以通過在聲明前加上 static 關(guān)鍵字來指定內(nèi)部（或靜態(tài)）鏈接。

例如，假設(shè)有兩個源文件：FirstFile.cpp 和 AnotherFile.cpp。這是 FirstFile.cpp 的內(nèi)容：

void f();
int main() {
    f();
}

這個文件為 f() 提供了一個原型，但沒有顯示定義。而這是 AnotherFile.cpp：

import <iostream>;
void f();
void f() {
    std::cout << "f\n";
}

這個文件為 f() 提供了原型和定義。請注意，在兩個不同的文件中為同一函數(shù)編寫原型是合法的。如果你將原型放在頭文件中，然后在每個源文件中 #include 該頭文件，這正是預(yù)處理器為你做的事情。

每個源文件都能無錯誤地編譯，并且程序鏈接正常：因為 f 具有外部鏈接，main() 可以從不同的文件調(diào)用它。然而，假設(shè)你在 AnotherFile.cpp 中的 f() 原型上應(yīng)用 static。

請注意，你不需要在 f() 定義前重復(fù) static 關(guān)鍵字。只要它出現(xiàn)在函數(shù)名稱的第一個實例之前，就無需重復(fù)。

import <iostream>;
static void f();
void f() {
    std::cout << "f\n";
}

現(xiàn)在每個源文件仍然可以無錯誤地編譯，但鏈接步驟失敗，因為 f() 具有內(nèi)部（靜態(tài)）鏈接，使其無法從 FirstFile.cpp 訪問。某些編譯器在靜態(tài)方法被定義但未在該源文件中使用時會發(fā)出警告（暗示它們不應(yīng)該是靜態(tài)的，因為它們可能在其他地方使用）。

(2) 使用匿名命名空間

用于內(nèi)部鏈接的 static 的替代方法是使用匿名命名空間。與其將變量或函數(shù)標(biāo)記為 static，不如將其包裝在一個無名命名空間中，如下所示：

import <iostream>;
namespace {
    void f();
    void f() {
        std::cout << "f\n";
    }
}

匿名命名空間中的實體可以在同一源文件中其聲明之后的任何地方訪問，但不能從其他源文件訪問。這些語義與使用 static 關(guān)鍵字獲得的語義相同。

警告：為了獲得內(nèi)部鏈接，建議使用匿名命名空間，而不是 static 關(guān)鍵字。

拓展內(nèi)容：核心語言特性的特性測試宏

C++20 添加了特性測試宏，這些宏可用于檢測編譯器支持哪些核心語言特性。所有這些宏都以 __cpp_ 或 __has_cpp_ 開頭。以下是一些示例：

• __cpp_range_based_for
• __cpp_binary_literals
• __cpp_char8_t
• __cpp_generic_lambdas
• __cpp_consteval
• __cpp_coroutines
• __has_cpp_attribute(fallthrough)
• 等等...

這些宏的值是一個數(shù)字，代表添加或更新特定特性的月份和年份，格式為 YYYYMM。例如，__has_cpp_attribute(nodiscard) 的值可以是 201603（即 2016 年 3 月，[[nodiscard]] 屬性首次引入的日期），或者是 201907（即 2019 年 7 月，屬性更新以允許指定原因，如 [[nodiscard("Reason")]]）。

注意：除非你正在編寫非常通用的跨平臺和跨編譯器庫，否則你很少需要這些特性測試宏。