为什么我不能在类中初始化非常量静态成员或静态数组？

为什么我不能在类中初始化静态数据成员？

C++ 标准只允许在类中初始化静态常量整数或枚举类型。这就是允许初始化 a 而其他不允许初始化的原因。

参考：C++03 9.4.2 静态数据成员§4

如果静态数据成员是 const 整数或 const 枚举类型，它在类定义中的声明可以指定一个常量初始化器，它应该是一个整数常量表达式 (5.19)。在这种情况下，成员可以出现在整型常量表达式中。如果在程序中使用该成员，则该成员仍应在名称空间范围内定义，并且名称空间范围定义不应包含初始值设定项。

什么是整数类型？

C++03 3.9.1 基本类型§7

bool、char、wchar_t 类型以及有符号和无符号整数类型统称为整数类型。43) 整数类型的同义词是整数类型。

脚注：

43）因此，枚举（7.2）不是整数；但是，枚举可以提升为 int、unsigned int、long 或 unsigned long，如 4.5 中所述。

解决方法：

您可以使用枚举技巧在类定义中初始化一个数组。

class A 
{
    static const int a = 3;
    enum { arrsize = 2 };

    static const int c[arrsize] = { 1, 2 };

};

为什么标准不允许这样做？

Bjarne 恰当地解释了这一点 here：

一个类通常在头文件中声明，并且头文件通常包含在许多翻译单元中。但是，为了避免复杂的链接器规则，C++ 要求每个对象都有唯一的定义。如果 C++ 允许在类内定义需要作为对象存储在内存中的实体，则该规则将被打破。

为什么只允许静态常量整数类型和枚举类内初始化？

答案隐藏在 Bjarne 的引文中仔细阅读，“C++ 要求每个对象都有一个唯一的定义。如果 C++ 允许在类内定义需要作为对象存储在内存中的实体，则该规则将被打破。”

请注意，只有 static const 整数可以被视为编译时常量。编译器知道整数值不会随时更改，因此它可以应用自己的魔法并应用优化，编译器只是内联此类成员，即它们不再存储在内存中，因为不需要存储在内存中，它为这些变量提供了 Bjarne 提到的规则的例外。

这里值得注意的是，即使 static const 整数值可以进行类内初始化，也不允许获取此类变量的地址。当（且仅当）静态成员具有类外定义时，可以获取静态成员的地址。这进一步验证了上述推理。

枚举是允许的，因为枚举类型的值可以在需要整数的地方使用。参见上面的引用

这在 C++11 中有何变化？

C++11在一定程度上放宽了限制。

C++11 9.4.2 静态数据成员 §3

如果静态数据成员是 const 字面量类型，则它在类定义中的声明可以指定一个大括号或等号初始化器，其中作为赋值表达式的每个初始化器子句都是一个常量表达式。可以在类定义中使用 constexpr 说明符声明文字类型的静态数据成员；如果是这样，它的声明应指定一个大括号或等式初始化器，其中作为赋值表达式的每个初始化器子句都是一个常量表达式。 [ 注意：在这两种情况下，成员都可能出现在常量表达式中。 —尾注]如果在程序中使用该成员，则该成员仍应在名称空间范围内定义，并且名称空间范围定义不应包含初始化程序。

此外，C++11 将允许（第 12.6.2.8 节）一个非静态数据成员在它被声明的地方（在其类中）进行初始化。这将意味着更简单的用户语义。

请注意，这些功能尚未在最新的 gcc 4.7 中实现，因此您可能仍会遇到编译错误。

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这似乎是过去简单链接器的遗留物。您可以在静态方法中使用静态变量作为解决方法：

// header.hxx
#include <vector>

class Class {
public:
    static std::vector<int> & replacement_for_initialized_static_non_const_variable() {
        static std::vector<int> Static {42, 0, 1900, 1998};
        return Static;
    }
};

int compilation_unit_a();

和

// compilation_unit_a.cxx
#include "header.hxx"

int compilation_unit_a() {  
    return Class::replacement_for_initialized_static_non_const_variable()[1]++;
}

和

// main.cxx
#include "header.hxx"

#include <iostream>

int main() {
    std::cout
    << compilation_unit_a()
    << Class::replacement_for_initialized_static_non_const_variable()[1]++
    << compilation_unit_a()
    << Class::replacement_for_initialized_static_non_const_variable()[1]++
    << std::endl;
}

建造：

g++ -std=gnu++0x -save-temps=obj -c compilation_unit_a.cxx 
g++ -std=gnu++0x -o main main.cxx compilation_unit_a.o

跑：

./main

这有效的事实（始终如一，即使类定义包含在不同的编译单元中），表明今天的链接器（gcc 4.9.2）实际上足够聪明。

有趣：在 arm 上打印 0123，在 x86 上打印 3210。

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这是因为所有翻译单元只能使用一个 A::a 定义。

如果您在包含在所有翻译单元中的标头中的类中执行 static int a = 3;，那么您将获得多个定义。因此，静态的非行外定义会强制导致编译器错误。

使用 static inline 或 static const 可以解决此问题。 static inline 只有在翻译单元中使用符号时才将其具体化，并确保链接器仅在由于它位于 comdat 组中而在多个翻译单元中定义时才选择并保留一份副本。文件范围内的 const 使编译器永远不会发出符号，因为它总是在代码中立即替换，除非使用 extern，这在类中是不允许的。

需要注意的一点是，static inline int b; 被视为定义，而 static const int b 或 static const A b; 仍被视为声明，如果您未在类中定义它，则必须对其进行离线定义。有趣的是 static constexpr A b; 被视为一个定义，而 static constexpr int b; 是一个错误并且必须有一个初始化程序（这是因为它们现在成为定义，并且像文件范围内的任何 const/constexpr 定义一样，它们需要一个 int 没有的初始化程序'没有，但类类型确实是因为它在定义时具有隐式 = A() - clang 允许这样做，但 gcc 要求您显式初始化，否则这是一个错误。这不是 inline 的问题）。 static const A b = A(); 是不允许的，必须是 constexpr 或 inline 才能允许具有类类型的静态对象的初始化程序，即使类类型的静态成员多于声明。所以是的，在某些情况下 A a; 与显式初始化 A a = A(); 不同（前者可以是声明，但如果该类型只允许声明，则后者是错误的。后者只能用于定义。constexpr 使它成为一个定义）。如果您使用 constexpr 并指定默认构造函数，则构造函数将需要为 constexpr

#include<iostream>

struct A
{
    int b =2;
    mutable int c = 3; //if this member is included in the class then const A will have a full .data symbol emitted for it on -O0 and so will B because it contains A.
    static const int a = 3;
};

struct B {
    A b;
    static constexpr A c; //needs to be constexpr or inline and doesn't emit a symbol for A a mutable member on any optimisation level
};

const A a;
const B b;

int main()
{
    std::cout << a.b << b.b.b;
    return 0;
}

静态成员是完全的文件范围声明 extern int A::a;（只能在类中进行，并且行外定义必须引用类中的静态成员，并且必须是定义并且不能包含 extern），而非静态成员是类的完整类型定义的一部分，并且与不带 extern 的文件范围声明具有相同的规则。它们是隐含的定义。所以 int i[]; int i[5]; 是重定义，而 static int i[]; int A::i[5]; 不是，但与 2 extern 不同，如果您在类中执行 static int i[]; static int i[5];，编译器仍会检测到重复的成员。

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我认为这是为了防止您混淆声明和定义。 （想想如果在多个地方包含文件可能会出现的问题。）

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静态变量特定于一个类。构造函数特别为实例初始化属性。

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