C/C++中static、const和inline三種關(guān)鍵字的介紹

時(shí)間：2024-10-04 14:16:44 好文我要投稿

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　　一、關(guān)于static

　　static 是C++中很常用的修飾符，它被用來控制變量的存儲(chǔ)方式和可見性，下面我將從 static 修飾符的產(chǎn)生原因、作用談起，全面分析static 修飾符的實(shí)質(zhì)。

　　static 的兩大作用:

　　一、控制存儲(chǔ)方式

　　static被引入以告知編譯器，將變量存儲(chǔ)在程序的靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)而非棧上空間。

　　引出原因：

　　函數(shù)內(nèi)部定義的變量，在程序執(zhí)行到它的定義處時(shí)，編譯器為它在棧上分配空間，大家知道，函數(shù)在棧上分配的空間在此函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)會(huì)釋放掉，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問題: 如果想將函數(shù)中此變量的值保存至下一次調(diào)用時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)？

　　最容易想到的方法是定義一個(gè)全局的變量，但定義為一個(gè)全局變量有許多缺點(diǎn)，最明顯的缺點(diǎn)是破壞了此變量的訪問范圍（使得在此函數(shù)中定義的變量，不僅僅受此函數(shù)控制）。

　　解決方案：

　　因此C++ 中引入了static，用它來修飾變量，它能夠指示編譯器將此變量在程序的靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)分配空間保存，這樣即實(shí)現(xiàn)了目的，又使得此變量的存取范圍不變。

　　二、控制可見性與連接類型

　　static還有一個(gè)作用，它會(huì)把變量的可見范圍限制在編譯單元中，使它成為一個(gè)內(nèi)部連接，這時(shí)，它的反義詞為”extern”。

　　static作用分析總結(jié)：

　　static總是使得變量或?qū)ο蟮拇鎯?chǔ)形式變成靜態(tài)存儲(chǔ)，連接方式變成內(nèi)部連接，對(duì)于局部變量（已經(jīng)是內(nèi)部連接了），它僅改變其存儲(chǔ)方式；對(duì)于全局變量（已經(jīng)是靜態(tài)存儲(chǔ)了），它僅改變其連接類型。

　　類中的static成員

　　出現(xiàn)原因及作用：

　　1、需要在一個(gè)類的各個(gè)對(duì)象間交互，即需要一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象為整個(gè)類而非某個(gè)對(duì)象服務(wù)。

　　2、同時(shí)又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內(nèi)部，對(duì)外不可見。

　　類的static成員滿足了上述的要求，因?yàn)樗哂腥缦绿卣鳎河歇?dú)立的存儲(chǔ)區(qū)，屬于整個(gè)類。

　　注意：

　　1、對(duì)于靜態(tài)的數(shù)據(jù)成員，連接器會(huì)保證它擁有一個(gè)單一的外部定義。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員按定義出現(xiàn)的先后順序依次初始化，注意靜態(tài)成員嵌套時(shí)，要保證所嵌套的成員已經(jīng)初始化了。消除時(shí)的順序是初始化的反順序。

　　2、類的靜態(tài)成員函數(shù)是屬于整個(gè)類而非類的對(duì)象，所以它沒有this指針，這就導(dǎo)致了它僅能訪問類的靜態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)成員函數(shù)。

　　三、關(guān)于const

　　const 是C++中常用的類型修飾符，但我在工作中發(fā)現(xiàn)，許多人使用它僅僅是想當(dāng)然爾，這樣,有時(shí)也會(huì)用對(duì)，但在某些微妙的場(chǎng)合，可就沒那么幸運(yùn)了，究其實(shí)質(zhì)原由，大多因?yàn)闆]有搞清本源。這里我將對(duì)const進(jìn)行辨析。溯其本源，究其實(shí)質(zhì)，希望能對(duì)大家理解const有所幫助，根據(jù)思維的承接關(guān)系，分為如下幾個(gè)部分進(jìn)行闡述。

　　C++中為什么會(huì)引入const

　　C++的提出者當(dāng)初是基于什么樣的目的引入（或者說保留）const關(guān)鍵字呢？，這是一個(gè)有趣又有益的話題，對(duì)理解const很有幫助。

　　1．大家知道，C++有一個(gè)類型嚴(yán)格的編譯系統(tǒng)，這使得C++程序的錯(cuò)誤在編譯階段即可發(fā)現(xiàn)許多，從而使得出錯(cuò)率大為減少，因此，也成為了C++與C相比，有著突出優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)方面。

　　2． C中很常見的預(yù)處理指令 #define VariableName VariableValue 可以很方便地進(jìn)行值替代，

　　這種值替代至少在三個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)突出：

　　一是避免了意義模糊的數(shù)字出現(xiàn)，使得程序語義流暢清晰，如下例：

　　#define USER_NUM_MAX 107 這樣就避免了直接使用107帶來的困惑。

　　二是可以很方便地進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整與修改，如上例，當(dāng)人數(shù)由107變?yōu)?01時(shí)，進(jìn)改動(dòng)此處即可；

　　三是提高了程序的執(zhí)行效率，由于使用了預(yù)編譯器進(jìn)行值替代，并不需要為這些常量分配存儲(chǔ)空間，所以執(zhí)行的效率較高。

　　鑒于以上的優(yōu)點(diǎn)，這種預(yù)定義指令的使用在程序中隨處可見。

　　3．說到這里，大家可能會(huì)迷惑上述的1點(diǎn)、2點(diǎn)與const有什么關(guān)系呢?,好，請(qǐng)接著向下看來：

　　預(yù)處理語句雖然有以上的許多優(yōu)點(diǎn)，但它有個(gè)比較致命的缺點(diǎn)，即，預(yù)處理語句僅僅只是簡(jiǎn)單值替代，缺乏類型的檢測(cè)機(jī)制。這樣預(yù)處理語句就不能享受C++嚴(yán)格類型檢查的好處，從而可能成為引發(fā)一系列錯(cuò)誤的隱患。

　　4．好了，第一階段結(jié)論出來了：

　　結(jié)論： const 推出的初始目的，正是為了取代預(yù)編譯指令，消除它的缺點(diǎn)，同時(shí)繼承它的優(yōu)點(diǎn)。

　　現(xiàn)在它的形式變成了：

　　const DataType VariableName = VariableValue ;

　　為什么const能很好地取代預(yù)定義語句？

　　const 到底有什么大神通，使它可以振臂一揮取代預(yù)定義語句呢？

　　首先，以const 修飾的常量值，具有不可變性，這是它能取代預(yù)定義語句的基礎(chǔ)。

　　第二，很明顯，它也同樣可以避免意義模糊的數(shù)字出現(xiàn)，同樣可以很方便地進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整和修改。

　　第三，C++的編譯器通常不為普通const常量分配存儲(chǔ)空間，而是將它們保存在符號(hào)表中，這使得它成為一個(gè)編譯期間的常量，沒有了存儲(chǔ)與讀內(nèi)存的操作，使得它的效率也很高，同時(shí)，這也是它取代預(yù)定義語句的重要基礎(chǔ)。

　　這里，我要提一下，為什么說這一點(diǎn)是也是它能取代預(yù)定義語句的基礎(chǔ)，這是因?yàn)�，編譯器不會(huì)去讀存儲(chǔ)的內(nèi)容，如果編譯器為const分配了存儲(chǔ)空間，它就不能夠成為一個(gè)編譯期間的常量了。

　　最后，const定義也像一個(gè)普通的變量定義一樣，它會(huì)由編譯器對(duì)它進(jìn)行類型的檢測(cè)，消除了預(yù)定義語句的隱患。

　　const 使用情況分類詳析

　　1.const 用于指針的兩種情況分析

　　int const *A; file://A可變，*A不可變

　　int *const A; file://A不可變，*A可變

　　分析：const 是一個(gè)左結(jié)合的類型修飾符，它與其左側(cè)的類型修飾符和為一個(gè)類型修飾符，所以，int const 限定 *A,不限定A。int *const 限定A,不限定*A。

　　2.const 限定函數(shù)的傳遞值參數(shù)

　　void Fun(const int Var);

　　分析：上述寫法限定參數(shù)在函數(shù)體中不可被改變。由值傳遞的特點(diǎn)可知，Var在函數(shù)體中的改變不會(huì)影響到函數(shù)外部。所以，此限定與函數(shù)的使用者無關(guān)，僅與函數(shù)的編寫者有關(guān)。

　　結(jié)論：最好在函數(shù)的內(nèi)部進(jìn)行限定，對(duì)外部調(diào)用者屏蔽，以免引起困惑。如可改寫如下：

　　復(fù)制代碼代碼如下:

　　void Fun(int Var)

　　{

　　const int & VarAlias = Var;

　　VarAlias ....

　　.....

　　}

　　3. const 限定函數(shù)的值型返回值

　　const int Fun1();

　　const MyClass Fun2();

　　分析:上述寫法限定函數(shù)的返回值不可被更新，當(dāng)函數(shù)返回內(nèi)部的類型時(shí)（如Fun1），已經(jīng)是一個(gè)數(shù)值，當(dāng)然不可被賦值更新，所以，此時(shí)const無意義，最好去掉，以免困惑。當(dāng)函數(shù)返回自定義的類型時(shí)（如Fun2），這個(gè)類型仍然包含可以被賦值的變量成員，所以，此時(shí)有意義。

　　4. 傳遞與返回地址

　　此種情況最為常見，由地址變量的特點(diǎn)可知，適當(dāng)使用const，意義昭然。

　　5. const 限定類的成員函數(shù)

　　復(fù)制代碼代碼如下:

　　class ClassName {

　　public:

　　int Fun() const;

　　.....

　　}

　　注意：采用此種const 后置的形式是一種規(guī)定，亦為了不引起混淆。在此函數(shù)的聲明中和定義中均要使用const,因?yàn)閏onst已經(jīng)成為類型信息的一部分。

　　獲得能力：可以操作常量對(duì)象。

　　失去能力：不能修改類的數(shù)據(jù)成員，不能在函數(shù)中調(diào)用其他不是const的函數(shù)。

　　四、關(guān)于inline

　　在上面談了const后，下面再來談一下inline這個(gè)關(guān)鍵字，之所以把inline放在這個(gè)位置,是因?yàn)閕nline這個(gè)關(guān)鍵字的引入原因和const十分相似，下面分為如下幾個(gè)部分進(jìn)行闡述。

　　C++中引入inline關(guān)鍵字的原因:

　　inline 關(guān)鍵字用來定義一個(gè)類的內(nèi)聯(lián)函數(shù)，引入它的主要原因是用它替代C中表達(dá)式形式的宏定義。

　　表達(dá)式形式的宏定義一例：

　　#define ExpressionName(Var1,Var2) (Var1+Var2)*(Var1-Var2)

　　為什么要取代這種形式呢，且聽我道來：

　　1．首先談一下在C中使用這種形式宏定義的原因，C語言是一個(gè)效率很高的語言，這種宏定義在形式及使用上像一個(gè)函數(shù)，但它使用預(yù)處理器實(shí)現(xiàn)，沒有了參數(shù)壓棧，代碼生成等一系列的操作,因此，效率很高，這是它在C中被使用的一個(gè)主要原因。

　　2．這種宏定義在形式上類似于一個(gè)函數(shù)，但在使用它時(shí)，僅僅只是做預(yù)處理器符號(hào)表中的簡(jiǎn)單替換，因此它不能進(jìn)行參數(shù)有效性的檢測(cè)，也就不能享受C++編譯器嚴(yán)格類型檢查的好處，另外它的返回值也不能被強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為可轉(zhuǎn)換的合適的類型，這樣，它的使用就存在著一系列的隱患和局限性。

　　3．在C++中引入了類及類的訪問控制，這樣，如果一個(gè)操作或者說一個(gè)表達(dá)式涉及到類的保護(hù)成員或私有成員，你就不可能使用這種宏定義來實(shí)現(xiàn)(因?yàn)闊o法將this指針放在合適的位置)。

　　4． inline 推出的目的，也正是為了取代這種表達(dá)式形式的宏定義，它消除了它的缺點(diǎn)，同時(shí)又很好地繼承了它的優(yōu)點(diǎn)。

　　為什么inline能很好地取代表達(dá)式形式的預(yù)定義呢？

　　對(duì)應(yīng)于上面的1-3點(diǎn)，闡述如下：

　　1． inline 定義的類的內(nèi)聯(lián)函數(shù)，函數(shù)的代碼被放入符號(hào)表中，在使用時(shí)直接進(jìn)行替換，（像宏一樣展開），沒有了調(diào)用的開銷，效率也很高。

　　2．很明顯，類的內(nèi)聯(lián)函數(shù)也是一個(gè)真正的函數(shù)，編譯器在調(diào)用一個(gè)內(nèi)聯(lián)函數(shù)時(shí)，會(huì)首先檢查它的參數(shù)的類型，保證調(diào)用正確。然后進(jìn)行一系列的相關(guān)檢查，就像對(duì)待任何一個(gè)真正的函數(shù)一樣。這樣就消除了它的隱患和局限性。

　　3． inline 可以作為某個(gè)類的成員函數(shù)，當(dāng)然就可以在其中使用所在類的保護(hù)成員及私有成員。

　　在何時(shí)使用inline函數(shù)

　　首先，你可以使用inline函數(shù)完全取代表達(dá)式形式的宏定義。

　　另外要注意，內(nèi)聯(lián)函數(shù)一般只會(huì)用在函數(shù)內(nèi)容非常簡(jiǎn)單的時(shí)候，這是因?yàn)�，�?nèi)聯(lián)函數(shù)的代碼會(huì)在任何調(diào)用它的地方展開，如果函數(shù)太復(fù)雜，代碼膨脹帶來的惡果很可能會(huì)大于效率的提高帶來的益處。內(nèi)聯(lián)函數(shù)最重要的使用地方是用于類的存取函數(shù)。

　　如何使用類的inline函數(shù)

　　簡(jiǎn)單提一下inline 的使用吧：

　　1.在類中定義這種函數(shù)

　　復(fù)制代碼代碼如下:

　　class ClassName{

　　.....

　　....

　　GetWidth(){return m_lPicWidth;}; // 如果在類中直接定義，可以不使用inline修飾

　　....

　　}

　　2.在類中聲明，在類外定義:

　　復(fù)制代碼代碼如下: