Eureka

C++变量的声明与定义/初始化

Sun 25 May 2014 by wbn

学习语言的时候变量一定是最先接触的。变量的声明与定义说起来算是最基本的东西了。这个看 起来十分简单的东西在结合了const, static, class以及多个文件的时候就变成了一堆mess。特 别是何时初始化，针对不同的情况有不同的处理方法。今天就针对变量是否是const, 是否是 static,是否定义在class内部的8种情况，来总结下每种情况的声明与初始化的方法和意义。全文 均只考虑全局变量，以及类中定义的数据成员。函数中定义的局部变量作用域不会跨文件，较为 简单，不在考虑范围内。

情况1：const ~static ~class 变量

这种情况下定义的一个const变量可以是在多个文件间共享的也可以是只能在一个文件中使用的 全局变量。那么，会有三种可以通过编译的声明及初始化的方式。

// foo.h
const int a = 2;
// foo.cc
#include "foo.h"
cout << a;
// bar.h
...
// bar.cc
#include "foo.h"
cout << a;

const变量的定义式出现在.h文件中。此时每个包含这个.h文件的目标代码的.rodata段都会有一 个const变量a的定义。此时每个目标代码中的变量a是相互独立的。而最终生成的可执行文件中， 在.rodata段会有多个变量a的数据。从const的语义来考虑，不会带来运行上的错误。不过会造成 空间的浪费。

正确做法：如果这个const不是被其他文件共享的，那么应该把它定义在.cc文件中。

正确做法：当一个const变量需要被多个文件使用时，采取下面的实践方法：

// foo.h
extern const int a;
// foo.cc
#include "foo.h"
const int a = 2;
// bar.h
...
// bar.cc
#include "foo.h"
cout << a;

只要在一个.h文件用extern声明const变量，然后在一个.cc文件中定义这个变量即可。其他用到 这个const变量的文件只需要include这个.h文件即可。最后的可执行文件中只有一份变量a存在。

情况2：const static ~class 变量

类似情况1，如果变量的定义式出现在.h文件中，是会有多份存在与包含这个.h文件的目标代码中 的。这种定义其实与static的逻辑不符，下面会进行讨论。

而如果像情况1的实践方法在.h文件中用extern声明，在.cc文件中定义这个变量。不会通过编译 。很明显的extern与static是矛盾的。

当然把这个变量定义在.cc文件中，只让这个变量存在与该文件的作用域中。其实和情况1一样。 因为const的限制，这时候有没有static的声明都是一样的了。

这种情况的讨论算是为了完整覆盖所有情况吧。实际考虑下，这种情况其实没有存在的意义的。 对于static的全局变量，static的目的就是把这个变量的作用域限制在定义这个变量的文件里面 。而当变量限制在一个文件中时，const的存在让static无法起到它的作用了。

情况3：const ~static class 变量：

正确的定义/初始化方式：

  • 利用构造函数的初始化成员列表初始化，此时每个对象都有一份该变量。每个对象的该变量值 可以不同，但是对该对象不再改变。
  • 利用C++11 in-class initialization初始化。相当于变量的一个default value。每个对象在 初始化时仍然可以通过构造函数的初始化成员列表类改变它。

错误的定义/初始化方式：

  • 在.h文件的class定义外初始化。
  • 在.h文件对应的.cc文件中去初始化。

情况4：const static class 变量：

正确的定义/初始化方式：

  • 在.h文件的class定义中：static const type name [=value];
  • 在.h文件对应的.cc文件中，此时必须是class定义时没有提供value：const type name [=value]; 与上互补，[=value]必须在其中之一出现。

错误的定义/初始化方式：

  • 在构造函数的初始化成员列表中初始化。
  • 在.h文件中class定义外初始化。

情况4与情况3的区别在于，static的作用让该变量成为所有该类的对象共享的一个变量。

情况5：~const static ~class 变量：

静态全局变量，它的存在的意义就在于在一个文件的作用域下的全局共享变量。因此，如果在.h 文件中定义是与变量的定义初衷相违背的。但是如果出现了这样的定义错误，编译器是无法识别 出来的。

如果在.h文件中定义，那么每个包含这个.h文件的目标代码的.data段都有一个这个变量的定义。 不会出现重定义的编译错误。但是相同名字的该变量在每个文件中都是相互独立的。也就是说在 一个文件中修改的该变量的值，不会对其他文件中对引用变量的地方产生任何作用。这会是一个 逻辑错误。

所以针对这种情况，正确的做法是，只在一个.cc文件中定义。

情况6：~const static class 变量：

正确的定义/初始化方法：

  • 在类中声明，在.cc中定义。

错误的定义/初始化方法：

  • 在.h文件的class的定义外定义：如果多个文件包含这个.h文件时，会出现重定义。
  • 在class中定义：in-class initialization只对const成员变量可用。
  • 在构造函数的初始化成员列表中。

情况6与情况4的区别就在于类成员是否是const。该类的所有对象共享一份该变量。每个对象对这 个static变量的修改都会作用到其他对象上。

情况7：~const ~static ~class 变量：

普通的全局变量: 如果是单个文件作用域就定义在.cc文件中。如果是多个文件共享，那么在.h文 件中extern声明，然后在某个.cc文件中定义该变量。其他文件只需要include该.h文件即可。

情况8：~const ~static class 变量：

类的普通成员变量：用构造函数的初始化成员列表初始化。

Plus: 函数中的静态变量：

上面的情况已经包含了所有的全局变量，以及类成员变量的情况。最后分析一下函数中的特殊变 量。

  • 对于函数中的const变量：

这个其实和普通函数中的局部变量一样，只是平添了const不可修改的属性而已。

  • 对于函数中的static变量：

函数中的静态变量的定义方式和一般局部变量一样。只是编译器可以识别出来这句话，从而不会出现 每次调用该函数都会执行一次这句话的情况。具体地说，就是在编译时期，编译器已经可以识别 出来这个函数中的静态变量，然后把这个变量定义在了.data段中，而不像一般的函数中的局部变 量定义在stack上。这样，在每次函数退出后，.data段中该变量仍然存在，并且保留修改后的值 。而与一般.data段定义的全局变量相比，这个变量的可见范围只是在定义这个变量的函数中。

  • 对于函数中的const static变量：

与上相比，定义的位置从.data变成了.rodata。具有了不可更改属性。其他的像作用域还有生命 期都不变。

希望可以把所有关于变量的声明，定义/初始化的情况都涵盖了。以后就不用再去纠结应该在哪里 声明啊，重定义啊，未初始化啊等等的问题了。