头文件中的变量声明 - 静态与否？

StackOverflow https://stackoverflow.com/questions/92546

  •  01-07-2019
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题

当重构一些 #defines 我在 C++ 头文件中遇到类似于以下内容的声明：

static const unsigned int VAL = 42;
const unsigned int ANOTHER_VAL = 37;

问题是，静电会产生什么差异（如果有的话）？请注意，由于经典的原因，不可能多次包含标头 #ifndef HEADER #define HEADER #endif 技巧（如果这很重要的话）。

static 是否意味着只有一份 VAL 创建后，万一标头被多个源文件包含？

有帮助吗？

解决方案

这 static 意味着将会有一份副本 VAL 为包含它的每个源文件创建。但这也意味着多重包含不会导致多重定义 VAL 这会在链接时发生冲突。在 C 中，如果没有 static 您需要确保只定义了一个源文件 VAL 而其他源文件声明了它 extern. 。通常，人们会通过在源文件中定义它（可能使用初始值设定项）并将其放入 extern 头文件中的声明。

static 全局级别的变量仅在其自己的源文件中可见，无论它们是通过包含到达的还是在主文件中。

编者注： 在 C++ 中， const 既不具有 static 也不 extern 其声明中的关键字是隐式的 static.

其他提示

这 static 和 extern 文件范围变量上的标签决定它们是否可以在其他翻译单元中访问（即其他 .c 或者 .cpp 文件）。

  • static 给出变量的内部链接，将其从其他翻译单元中隐藏。然而，具有内部链接的变量可以在多个翻译单元中定义。

  • extern 给出变量的外部链接，使其对其他翻译单元可见。通常，这意味着该变量只能在一个翻译单元中定义。

默认值（当您未指定时 static 或者 extern）是 C 和 C++ 不同的领域之一。

  • 在 C 语言中，文件范围的变量是 extern （外部链接）默认情况下。如果你使用C语言， VAL 是 static 和 ANOTHER_VAL 是 extern.

  • 在 C++ 中，文件范围的变量是 static （内部链接）默认情况下，如果它们是 const, ， 和 extern 默认情况下，如果他们不是。如果您使用 C++，则两者 VAL 和 ANOTHER_VAL 是 static.

从草案 C规格:

6.2.2标识符的链接...-5-如果函数标识符的声明没有存储类规范符，则其链接的确定恰好确定，就像用存储级规范符外部声明其链接一样。如果对象的标识符声明具有文件范围，并且没有存储类规范符，则其链接是外部的。

从草案 C++规范:

7.1.1-存储类规范[DCL.STC] ...-6- 在没有存储类说明符的命名空间范围中声明的名称具有外部链接，除非它由于先前的声明而具有内部链接，并且没有声明为 const。声明为 const 且未显式声明为 extern 的对象具有内部链接。

静态意味着您每个文件都会获得一份副本，但与其他人所说的不同的是，这样做是完全合法的。您可以使用一个小代码示例轻松测试它：

测试.h：

static int TEST = 0;
void test();

测试1.cpp：

#include <iostream>
#include "test.h"

int main(void) {
    std::cout << &TEST << std::endl;
    test();
}

测试2.cpp：

#include <iostream>
#include "test.h"

void test() {
    std::cout << &TEST << std::endl;
}

运行此命令会得到以下输出：

0x446020
0x446040

const C++ 中的变量具有内部链接。所以，使用 static 没有影响。

啊

const int i = 10;

一个.cpp

#include "a.h"

func()
{
   cout << i;
}

两个.cpp

#include "a.h"

func1()
{
   cout << i;
}

如果这是一个 C 程序，您将收到“多重定义”错误 i （由于外部链接）。

此级别代码的静态声明意味着该变量仅在当前编译单元中可见。这意味着只有该模块内的代码才能看到该变量。

如果您有一个头文件声明了一个 static 变量，并且该头文件包含在多个 C/CPP 文件中，那么该变量对于这些模块来说将是“本地”的。对于包含标头的 N 个位置，将有该变量的 N 个副本。他们彼此之间根本没有关系。这些源文件中的任何代码都只会引用该模块中声明的变量。

在这种特殊情况下，“static”关键字似乎没有提供任何好处。我可能会错过一些东西，但这似乎并不重要——我以前从未见过这样的事情。

至于内联，在这种情况下，变量可能是内联的，但这只是因为它被声明为 const。编译器 可能 更有可能内联模块静态变量，但这取决于情况和正在编译的代码。不能保证编译器会内联“静态”。

C书（免费在线）有一章是关于链接的，它更详细地解释了“静态”的含义（尽管其他评论中已经给出了正确答案）：http://publications.gbdirect.co.uk/c_book/chapter4/linkage.html

为了回答这个问题，“静态是否意味着仅创建一份 VAL 副本，以防标头被多个源文件包含？”...

不. 。VAL 将始终在包含标头的每个文件中单独定义。

在这种情况下，C 和 C++ 的标准确实会造成差异。

在 C 中，文件范围的变量默认是 extern 的。如果您使用 C，则 VAL 是静态的，ANOTHER_VAL 是外部的。

请注意，如果标头包含在不同的文件中（相同的全局名称定义了两次），现代链接器可能会抱怨 ANOTHER_VAL，并且如果 ANOTHER_VAL 在另一个文件中初始化为不同的值，则肯定会抱怨

在 C++ 中，如果文件范围变量是 const，则默认为 static；如果不是 const，则默认为 extern。如果您使用 C++，则 VAL 和 ANOTHER_VAL 都是静态的。

您还需要考虑两个变量都被指定为 const 的事实。理想情况下，编译器总是选择内联这些变量并且不包含它们的任何存储。分配存储的原因有很多。我能想到的...

  • 调试选项
  • 文件中获取的地址
  • 编译器总是分配存储（复杂的 const 类型不容易内联，因此成为基本类型的特例）

您不能在没有定义静态变量的情况下声明它（这是因为存储类修饰符 static 和 extern 是互斥的）。可以在头文件中定义静态变量，但这会导致包含该头文件的每个源文件都有自己的变量私有副本，这可能不是预期的目的。

假设这些声明处于全局范围内（即不是成员变量），那么：

静止的 意思是“内部联系”。在这种情况下，由于它被声明为 常量 这可以由编译器优化/内联。如果您省略 常量 那么编译器必须在每个编译单元中分配存储空间。

通过省略 静止的 联系是 外部的 默认情况下。再一次，你被拯救了 常量ness - 编译器可以优化/内联使用。如果您删除 常量 那么你会得到一个 多重定义的符号 链接时出错。

常量 变量在 C++ 中默认是 static，但在 C 中是 extern。因此，如果您使用 C++，则没有意义使用什么构造。

（7.11.6 C++ 2003，Apexndix C 有示例）

比较 C 和 C++ 程序的编译/链接源的示例：

bruziuz:~/test$ cat a.c
const int b = 22;
int main(){return 0;}
bruziuz:~/test$ cat b.c
const int b=2;
bruziuz:~/test$ gcc -x c -std=c89 a.c b.c
/tmp/ccSKKIRZ.o:(.rodata+0x0): multiple definition of `b'
/tmp/ccDSd0V3.o:(.rodata+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status
bruziuz:~/test$ gcc -x c++ -std=c++03 a.c b.c 
bruziuz:~/test$ 
bruziuz:~/test$ gcc --version | head -n1
gcc (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.5) 5.4.0 20160609

静态可防止另一个编译单元外部使用该变量，以便编译器可以仅在使用变量的位置“内联”该变量的值，而不会为其创建内存存储。

在第二个示例中，编译器不能假设其他某些源文件不会 extern 它，因此它实际上必须将该值存储在内存中的某个位置。

静态会阻止编译器添加多个实例。对于 #ifndef 保护，这一点变得不那么重要，但假设标头包含在两个单独的库中，并且应用程序已链接，则将包含两个实例。

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