全局变量 - 何时使用 static、inline、extern、const 和 constexpr

何时对全局变量使用 、 、 、 等？staticinlineexternconstconstexpr

0. 概述

在上述所有情况下，^{（从 C++20 开始）}也可以使用，但不能与 结合使用。 也有用，和不一样。constinitconstexprconstinit constconstexpr

注意：该决定也可能根据全局变量是否在动态链接库中定义/使用以及其他因素而改变。

1.始终使用确保一个源文件本地的所有内容都具有内部链接

首先，如果全局变量是在单个源文件中声明的，并且只在单个源文件中使用，那么它必须具有内部链接。 在以下情况下，全局变量具有内部链接：

• 它被标记为static
• 它位于匿名命名空间^{中（从 C++11 开始）}
• 它是（或^{（自 C++11 以来），}因为暗示constconstexprconstexprconst)

如果它没有内部链接，那么你很容易遇到ODR违规。以下示例格式不正确，无需诊断。

// a.cpp
int counter = 0;   // FIXME: surround with anonymous namespace, or add 'static'
// b.cpp
long counter = 0;  // FIXME: surround with anonymous namespace, or add 'static'

创建变量^{（从 C++17 开始）}并不能解决此问题。 内部链接使其安全，因为每个 TU 中的两个 s 是不同的。inlinecounter

2. 如果声明了某些内容，但未在标头中定义，请将其设为extern

有时，每个人都有一个定义并不重要。例如：

// log.hpp
extern std::ofstream log_file;
// log.cpp
std::ofstream log_file = open_log_file();

将 to 的定义放在标题中是没有意义的，因此在任何地方都可见。在性能方面可以获得很少的收益，这将迫使我们也在任何地方都可见。log_fileopen_log_file()

注意（自 C++¹¹ 起）或^{（自 C++20 起）}extern constexprextern const constinit

另一个有效但罕见的用例^{是（自 C++11 以来）（}请参阅此答案），即 在标头中，^{（自 C++11 起）}在源中。 如果可用，则通过源代码中的^{（从 C++20 开始）}更好地表达这一点。extern constexprextern constconstexprconst constinit

此模式的目的是避免对初始化成本高昂的查找表进行动态初始化，同时保持标头/源拆分。

3. 如果在标头中定义了某些内容，请制作它（从 C++17 开始），或使用模板进行模仿^{（直到 C++17）} inlineinline

有时，在任何地方都有一个定义是很重要的，例如对于应该内联的全局常量：

inline constexpr float exponent = 1.25f;

问：我真的需要与？inlineconstexpr

是的，你有。请看以下示例：

constexpr float exponent = 1.25f; // OK so far, but dangerous

// note: 'const float&' might seem contrived because you could work with 'float'.
//       However, templates use const& everywhere, so it's very easy to
//       run into this case indirectly.
inline const float& foo(const float& x) {
    // IFNDR if the definition of foo appears in multiple translation units (TUs).
    return std::max(x, exponent);
}

该程序可能格式不正确，不需要诊断，因为具有内部链接（由于存在），并且是每个 TU 中的一个不同对象。 每个定义都可能返回对自己唯一值的不同引用，这违反了 [basic.def.odr] p14.5exponentconstfooexponent

问：在 C++17 之前我可以做什么？ 变量尚不存在。inline

类似的机制一直以模板的形式存在。

// define a wrapper class template with a static data member
template <typename = void>
struct helper { static const float exponent; };
// define the static data member
template <typename T>
struct helper<T>::exponent = 1.25f;
// For convenience, make a reference with internal linkage to it.
// This is safe from ODR violations because
// [basic.def.odr] p14.5.2 has a special case for it, and
// this special case was retroactively applied to all C++ standards
// in the form of a defect report.
static constexpr float& exponent = helper<>::exponent;
// (static const float& prior to C++11)

或者，特别是对于作用域^{（自 C++11 起）}和无作用域枚举，可以将定义放在标头中而不会有风险：

inline constexpr int array_size = 100; // since C++17
enum { array_size = 100; };            // pre-C++17 alternative

4. 尽可能制作所有全局变量^{甚至（从 C++11 开始）}constconstexpr

除了 1.、2.、3 中的规则之外，总是尽可能地做事。 这极大地简化了确保程序正确性的过程，并实现了额外的编译器优化。const

问：如果初始化很复杂，我该怎么办？

有时你不能只用一个简单的表达式来初始化一个全局变量，就像下面这样：

std::array<float, 100> lookup;

void init() {
    for (std::size_t i = 0; i < lookup.size(); ++i) {
        lookup[i] = compute(i);
    }
}

但是，不要延迟初始化;而是使用立即调用的 lambda 表达式 （IILE）（^{自 C++11 起）}或常规函数来执行初始化。

constexpr std::array<float, 100> lookup = [] {
    decltype(lookup) result{};
    /* ... */
    return result;
}();

问：OR^{（自 C++11 以来）}对链接有什么影响？constconstexpr

制作一个全局变量 or^{（从 C++11 开始）}给了它内部链接，但正如 3 中解释的那样，这并不能为您简化任何事情。 您仍然需要担心链接和 ODR。constconstexpr

5. 静态数据成员的工作方式不同

如 3 所示，静态数据成员可能不遵循相同的规则。 它们与它们所属的类具有相同的联系，其后果如下：

• 在类模板的情况下，静态数据成员是准的。inline
• const并不意味着静态数据成员的内部链接。

此外，对于静态数据成员意味着^{（自 C++17 起）。}constexprinline