C/C++中static,const,inline三种关键字详细总结

时间:2021-05-20

一、关于static
static 是C++中很常用的修饰符,它被用来控制变量的存储方式和可见性,下面我将从 static 修饰符的产生原因、作用谈起,全面分析static 修饰符的实质。

static 的两大作用:

一、控制存储方式
static被引入以告知编译器,将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空间。

引出原因:
函数内部定义的变量,在程序执行到它的定义处时,编译器为它在栈上分配空间,大家知道,函数在栈上分配的空间在此函数执行结束时会释放掉,这样就产生了一个问题: 如果想将函数中此变量的值保存至下一次调用时,如何实现?

最容易想到的方法是定义一个全局的变量,但定义为一个全局变量有许多缺点,最明显的缺点是破坏了此变量的访问范围(使得在此函数中定义的变量,不仅仅受此函数控制)。

解决方案:
因此C++ 中引入了static,用它来修饰变量,它能够指示编译器将此变量在程序的静态存储区分配空间保存,这样即实现了目的,又使得此变量的存取范围不变。

二、控制可见性与连接类型
static还有一个作用,它会把变量的可见范围限制在编译单元中,使它成为一个内部连接,这时,它的反义词为”extern”。

static作用分析总结:
static总是使得变量或对象的存储形式变成静态存储,连接方式变成内部连接,对于局部变量(已经是内部连接了),它仅改变其存储方式;对于全局变量(已经是静态存储了),它仅改变其连接类型。

类中的static成员
出现原因及作用:

1、需要在一个类的各个对象间交互,即需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务。

2、同时又力求不破坏类的封装性,即要求此成员隐藏在类的内部,对外不可见。

类的static成员满足了上述的要求,因为它具有如下特征:有独立的存储区,属于整个类。

注意:

1、对于静态的数据成员,连接器会保证它拥有一个单一的外部定义。静态数据成员按定义出现的先后顺序依次初始化,注意静态成员嵌套时,要保证所嵌套的成员已经初始化了。消除时的顺序是初始化的反顺序。

2、类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象,所以它没有this指针,这就导致了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。

二、关于const
const 是C++中常用的类型修饰符,但我在工作中发现,许多人使用它仅仅是想当然尔,这样,有时也会用对,但在某些微妙的场合,可就没那么幸运了,究其实质原由,大多因为没有搞清本源。这里我将对const进行辨析。溯其本源,究其实质,希望能对大家理解const有所帮助,根据思维的承接关系,分为如下几个部分进行阐述。

C++中为什么会引入const

C++的提出者当初是基于什么样的目的引入(或者说保留)const关键字呢?,这是一个有趣又有益的话题,对理解const很有帮助。

1.大家知道,C++有一个类型严格的编译系统,这使得C++程序的错误在编译阶段即可发现许多,从而使得出错率大为减少,因此,也成为了C++与C相比,有着突出优点的一个方面。

2. C中很常见的预处理指令 #define VariableName VariableValue 可以很方便地进行值替代,

这种值替代至少在三个方面优点突出:

一是避免了意义模糊的数字出现,使得程序语义流畅清晰,如下例:
#define USER_NUM_MAX 107 这样就避免了直接使用107带来的困惑。

二是可以很方便地进行参数的调整与修改,如上例,当人数由107变为201时,进改动此处即可;

三是提高了程序的执行效率,由于使用了预编译器进行值替代,并不需要为这些常量分配存储空间,所以执行的效率较高。

鉴于以上的优点,这种预定义指令的使用在程序中随处可见。

3.说到这里,大家可能会迷惑上述的1点、2点与const有什么关系呢?,好,请接着向下看来:

预处理语句虽然有以上的许多优点,但它有个比较致命的缺点,即,预处理语句仅仅只是简单值替代,缺乏类型的检测机制。这样预处理语句就不能享受C++严格类型检查的好处,从而可能成为引发一系列错误的隐患。

4.好了,第一阶段结论出来了:

结论: const 推出的初始目的,正是为了取代预编译指令,消除它的缺点,同时继承它的优点。

现在它的形式变成了:

const DataType VariableName = VariableValue ;

为什么const能很好地取代预定义语句?

const 到底有什么大神通,使它可以振臂一挥取代预定义语句呢?

首先,以const 修饰的常量值,具有不可变性,这是它能取代预定义语句的基础。

第二,很明显,它也同样可以避免意义模糊的数字出现,同样可以很方便地进行参数的调整和修改。

第三,C++的编译器通常不为普通const常量分配存储空间,而是将它们保存在符号表中,这使得它成为一个编译期间的常量,没有了存储与读内存的操作,使得它的效率也很高,同时,这也是它取代预定义语句的重要基础。

这里,我要提一下,为什么说这一点是也是它能取代预定义语句的基础,这是因为,编译器不会去读存储的内容,如果编译器为const分配了存储空间,它就不能够成为一个编译期间的常量了。

最后,const定义也像一个普通的变量定义一样,它会由编译器对它进行类型的检测,消除了预定义语句的隐患。

const 使用情况分类详析
1.const 用于指针的两种情况分析
 int const *A;  file://A可变,*A不可变
 int *const A;  file://A不可变,*A可变

分析:const 是一个左结合的类型修饰符,它与其左侧的类型修饰符和为一个类型修饰符,所以,int const 限定 *A,不限定A。int *const 限定A,不限定*A。

2.const 限定函数的传递值参数
 void Fun(const int Var);
分析:上述写法限定参数在函数体中不可被改变。由值传递的特点可知,Var在函数体中的改变不会影响到函数外部。所以,此限定与函数的使用者无关,仅与函数的编写者有关。

结论:最好在函数的内部进行限定,对外部调用者屏蔽,以免引起困惑。如可改写如下:
复制代码 代码如下:
void Fun(int Var)
{
const int & VarAlias = Var;
VarAlias ....
.....
}

3. const 限定函数的值型返回值
const int Fun1();
const MyClass Fun2();

分析:上述写法限定函数的返回值不可被更新,当函数返回内部的类型时(如Fun1),已经是一个数值,当然不可被赋值更新,所以,此时const无意义,最好去掉,以免困惑。当函数返回自定义的类型时(如Fun2),这个类型仍然包含可以被赋值的变量成员,所以,此时有意义。

4. 传递与返回地址
此种情况最为常见,由地址变量的特点可知,适当使用const,意义昭然。

5. const 限定类的成员函数
复制代码 代码如下:
class ClassName {

public:

int Fun() const;

  .....

}

注意:采用此种const 后置的形式是一种规定,亦为了不引起混淆。在此函数的声明中和定义中均要使用const,因为const已经成为类型信息的一部分。

获得能力:可以操作常量对象。

失去能力:不能修改类的数据成员,不能在函数中调用其他不是const的函数。

三、关于inline
在上面谈了const后,下面再来谈一下inline这个关键字,之所以把inline放在这个位置,是因为inline这个关键字的引入原因和const十分相似,下面分为如下几个部分进行阐述。

C++中引入inline关键字的原因:
inline 关键字用来定义一个类的内联函数,引入它的主要原因是用它替代C中表达式形式的宏定义。


表达式形式的宏定义一例:
#define ExpressionName(Var1,Var2) (Var1+Var2)*(Var1-Var2)

为什么要取代这种形式呢,且听我道来:

1.首先谈一下在C中使用这种形式宏定义的原因,C语言是一个效率很高的语言,这种宏定义在形式及使用上像一个函数,但它使用预处理器实现,没有了参数压栈,代码生成等一系列的操作,因此,效率很高,这是它在C中被使用的一个主要原因。

2.这种宏定义在形式上类似于一个函数,但在使用它时,仅仅只是做预处理器符号表中的简单替换,因此它不能进行参数有效性的检测,也就不能享受C++编译器严格类型检查的好处,另外它的返回值也不能被强制转换为可转换的合适的类型,这样,它的使用就存在着一系列的隐患和局限性。

3.在C++中引入了类及类的访问控制,这样,如果一个操作或者说一个表达式涉及到类的保护成员或私有成员,你就不可能使用这种宏定义来实现(因为无法将this指针放在合适的位置)。

4. inline 推出的目的,也正是为了取代这种表达式形式的宏定义,它消除了它的缺点,同时又很好地继承了它的优点。

为什么inline能很好地取代表达式形式的预定义呢?

对应于上面的1-3点,阐述如下:

1. inline 定义的类的内联函数,函数的代码被放入符号表中,在使用时直接进行替换,(像宏一样展开),没有了调用的开销,效率也很高。

2.很明显,类的内联函数也是一个真正的函数,编译器在调用一个内联函数时,会首先检查它的参数的类型,保证调用正确。然后进行一系列的相关检查,就像对待任何一个真正的函数一样。这样就消除了它的隐患和局限性。

3. inline 可以作为某个类的成员函数,当然就可以在其中使用所在类的保护成员及私有成员。

在何时使用inline函数
首先,你可以使用inline函数完全取代表达式形式的宏定义。

另外要注意,内联函数一般只会用在函数内容非常简单的时候,这是因为,内联函数的代码会在任何调用它的地方展开,如果函数太复杂,代码膨胀带来的恶果很可能会大于效率的提高带来的益处。内联函数最重要的使用地方是用于类的存取函数。

如何使用类的inline函数

简单提一下inline 的使用吧:

1.在类中定义这种函数
复制代码 代码如下:
class ClassName{
.....
....
GetWidth(){return m_lPicWidth;}; // 如果在类中直接定义,可以不使用inline修饰
....
....
}

2.在类中声明,在类外定义:
复制代码 代码如下:
class ClassName{
.....
....
GetWidth(); // 如果在类中直接定义,可以不使用inline修饰
....
....
}
inline ClassName::GetWidth()

{

return m_lPicWidth;

}

在本文中,谈了一种特殊的函数,类的inline函数,它的源起和特点在某种说法上与const很类似,可以与const搭配起来看。

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