探索 C++20 的新领域：深入理解 static 关键字和核心语言特性测试宏

2023-11-21 微信公众号 coding日记

static 关键字

(1) static 的多种用途

在 C++ 中，static 关键字有几种看似无关的用途。为该关键字“过载”部分动机是为了避免在语言中引入新的关键字。

(2) static 数据成员和方法

你可以声明类的 static 数据成员和方法。与非静态数据成员不同，static 数据成员不是每个对象的一部分。相反，数据成员的只有一份副本，存在于该类的任何对象之外。static 方法同样处于类级别而不是对象级别。static 方法不在特定对象的上下文中执行；因此，它没有隐式的 this 指针。这也意味着 static 方法不能被标记为 const。

探索 C++20 的新领域：深入理解 static 关键字和核心语言特性测试宏

static 链接

(1) 链接的概念

在涉及 static 关键字用于链接之前，需要理解 C++ 中链接的概念。C++ 源文件是独立编译的，编译后的对象文件被链接在一起。

C++ 源文件中的每个名称（包括函数和全局变量）都有一个链接性，可以是外部的（external）或内部的（internal）。外部链接意味着该名称可以从其他源文件访问。内部链接（也称为静态链接）则意味着不可以。默认情况下，函数和全局变量具有外部链接。然而，可以通过在声明前加上 static 关键字来指定内部（或静态）链接。

例如，假设有两个源文件：FirstFile.cpp 和 AnotherFile.cpp。这是 FirstFile.cpp 的内容：

void f();
int mAIn() {
    f();
}

这个文件为 f() 提供了一个原型，但没有显示定义。而这是 AnotherFile.cpp：

import <IOStream>;
void f();
void f() {
    std::cout << "fn";
}

这个文件为 f() 提供了原型和定义。请注意，在两个不同的文件中为同一函数编写原型是合法的。如果你将原型放在头文件中，然后在每个源文件中 #include 该头文件，这正是预处理器为你做的事情。

每个源文件都能无错误地编译，并且程序链接正常：因为 f 具有外部链接，main() 可以从不同的文件调用它。然而，假设你在 AnotherFile.cpp 中的 f() 原型上应用 static。

请注意，你不需要在 f() 定义前重复 static 关键字。只要它出现在函数名称的第一个实例之前，就无需重复。

import <iostream>;
static void f();
void f() {
    std::cout << "fn";
}

现在每个源文件仍然可以无错误地编译，但链接步骤失败，因为 f() 具有内部（静态）链接，使其无法从 FirstFile.cpp 访问。某些编译器在静态方法被定义但未在该源文件中使用时会发出警告（暗示它们不应该是静态的，因为它们可能在其他地方使用）。

(2) 使用匿名命名空间

用于内部链接的 static 的替代方法是使用匿名命名空间。与其将变量或函数标记为 static，不如将其包装在一个无名命名空间中，如下所示：

import <iostream>;
namespace {
    void f();
    void f() {
        std::cout << "fn";
    }
}

匿名命名空间中的实体可以在同一源文件中其声明之后的任何地方访问，但不能从其他源文件访问。这些语义与使用 static 关键字获得的语义相同。

警告：为了获得内部链接，建议使用匿名命名空间，而不是 static 关键字。

拓展内容：核心语言特性的特性测试宏

C++20 添加了特性测试宏，这些宏可用于检测编译器支持哪些核心语言特性。所有这些宏都以 __cpp_ 或 __has_cpp_ 开头。以下是一些示例：

__cpp_range_based_for
__cpp_binary_literals
__cpp_char8_t
__cpp_generic_lambdas
__cpp_consteval
__cpp_coroutines
__has_cpp_attribute(fallthrough)
等等...

这些宏的值是一个数字，代表添加或更新特定特性的月份和年份，格式为 YYYYMM。例如，__has_cpp_attribute(nodiscard) 的值可以是 201603（即 2016 年 3 月，[[nodiscard]] 属性首次引入的日期），或者是 201907（即 2019 年 7 月，属性更新以允许指定原因，如 [[nodiscard("Reason")]]）。

注意：除非你正在编写非常通用的跨平台和跨编译器库，否则你很少需要这些特性测试宏。