C++中const 、static、 static const和const static的初始化
以及修改问题
本人系C++初学者,很渣很菜鸟,这也是本人写的第一篇有关C++的博文 ,说是写,不如说是对网络上高人博文的综合与整理。(当然,凡是本文涉及到别人博客内容的,都将附上网址链接。)写这篇博文的目的,是希望对相关知识做出尽可能全面、详尽、简易的解释,以供像我一样的初学者参考,同时也希望得到高人的批评与指正,以此来提高自己。另外,为保证文章的针对性,同时也限于本人水平,本文只对相关类型的数据做出讨论,并不涉及函数的讨论。下面,是我的一些整理与见解。
一、const、static、static const、const static变量的初始化
Ⅰ.const的初始化
(1)只有这一种情况const变量可以不在声明的同时定义,那就是const变量作为类的数据成员出现时。例如:
class Myclass
{
cons int a;//注意,在任何情况下,const int a与int const a等价,只不过人们习惯写前者
};
但要注意,这样做是毫无意义的,只是编译能够通过罢了,int const a什么也做不了,因为它没有值。
(2)凡是在函数(包括类中的,main函数及其它)中,const常量必须在声明时初始化,这是因为const被视为常量。例如:
class Myclass()
{
public:
int test()
{
const int b;
……
}
当输入int const b;一句时,在分号下面出现红色下划线,鼠标移到该处,出现报错:Error:常量 变量 “b”需要初始值设定项。(注意,在本文中,以后这种情况我们简称为“下划线报错”)
在main函数、全局函数中情况相似。
(3)作为全局常量
在全局中写
const int b;// 即不在类中,不在函数中
写代码时不会出现下划线,但编译时报错:如果不是外部的,则必须初始化常量对象。
注意这里的“外部的”是指声明为extern的常量。即将上句改为extern const int b;则可编译通过。因为声明为extern,就是在告诉编译器const int b是一个将在后面定义的变量。当然,如果只写extern const int b而不在其后对b赋值的话,也是毫无意义的(b没值,什么也干不了)。
关于xetern的详细情况,见注释①。
(3)如何初始化
1)作为类的数据成员
只能通过构造函数的初始化列表来初始化。注意在构造函数的函数体内初始化是不行的,见下例:
class Myclass
{
public:
Myclass()
{ //在大括号下面出现下划线报错:Error:Myclass ::Myclass()未提供初始值设定项。这是因为类中有const常量所以编译器提示在写构造函数时要提供初始化列表。
b=1; //b下下划线报错:Error:表达式必须是可修改的左值
}
private:
const int b;
};
对于这种情况,我们可以试着这样解释: b=1;写在函数体内,被看成是一条赋值语句,(这从报错“表达式必须是可修改的左值”可以看出)而b是常量,这当然是不允许的。
正确做法:
#include using namespace std; Class Myclass { public: Myclass(int bz):(b)bz{}; int Getdata() { return b; } private: const int b; }; void main() { Myclass obj(1); cout< 2)其它地方的const常量 都可以直接初始化,即const int b=1;都可以。 最后,关于const ,再简单说两点。 ⒈为什么不能在类内初始化const? 关于这一点,网上最普遍的说法是: const数据成员只在某个对象生存期内是常量,而对于整个类而言却是可变的。因为类可以创建多个对象,不同的对象其const数据成员的值可以不同。所以不能在类声明中初始化const数据成员,因为类的对象未被创建时,编译器不知道const 数据成员的值是什么。 但依本人愚见,更为主要的原因是:const数据成员是类内(in_class)成员(即类的不同对象中const数据成员的值可以不同)const int b;与int a;的不同仅在于,在一个对象中,a可以改b不可以改。无论对a还是b,初始化意味着为a和b分配内存,而我们 知道,类是抽象的,并不占用内存,编译器编译时,根据类的数据成员计算出类的大小,但不进行内存分配操作(见注释②)。只有在实例化对象时,才为对象分配内存。如果初始化数据成员,一方面,初始化要分配内存,另一方面,声明类不分配内存,这显然是矛盾的。 另外,对多个对象而言,const是变量,如果在类内初始化const的话,那么由该类创建的多个对象中的const相同,这和我们的初衷是相违背的。 总之,在下个人认为,不能在类内初始化const与不能初始化int a的道理是一样的。 ⒉前面我们说过,类中的const数据成员在该类的不同对象间是可变的,及同一类的不同对象中可以不同。要想建立在整个类中都恒定的常量,应该用类中的枚举常量来实现,或者static const。关于static const,后面将详细讨论,至于枚举常量本文所讨论的重点,我们也只给出一个简单的例子。 class Myclass { private: enum {size1=100, size2 = 200 }; }; 这里只给出初始化的形式,至于为什么size1、size2是整个类中都恒定的常量,就不 给出验证的代码了,本人在这一块也不精通,但可以告诉大家,对size1、size2进行再赋值,取地址等操作是不可以的,编译器直接报错。有兴趣的读者可以自行深入探究,当然也欢迎将结果告知在下。 本小节最后,向大家推荐一篇文章《const的思考》,(百度可见)本人感觉这篇文章相对来说写得比较专业,同时全面易懂,应该出自大神之笔,大家看了应该会有所收获。 Ⅱstatic的初始化 1)首先,浅析一下static数据。 static数据,即静态数据,它有以下特点: ①全局性:static(无论局部static还是全局static)分配在静态(或称全局)存储区, 在程序整个运行期间都不释放.(但要注意:见注释③) ②初始化一次性: 无论是静态局部变量还是静态全局变量,都只初始化一次。 ③记忆性:所谓”记忆性”是指在两次函数调用时, 在第二次调用进入时, 能保持第一次调用退出时的值,直至重新赋值。static具有全局唯一性的特点, 每次调用时, 都指向同一块内存。 eg. #include using namespace std; void ceshi1() { for(int i=0;i<3;i++){ int k=0; k++; cout< } void ceshi2() { for(int i=0;i<3;i++){ static int t=0; t++; cout< } void main () { ceshi1();//输出1 1 1 ceshi2();//输出1 2 3 } ④作用域限定性:函数或变量前加static使得函数成为静态函数,变量成为静态变量。此时,函数的作用域仅局限于本文件(所以又称内部函数)。注意,此时, 对于外部(全局)变量, 不论是否有static限制, 它的存储区域都是在静态存储区, 生存期都是全局的. 此时的static只是起作用域限制作用, 限定作用域在本模块(文件)内部. 以上①②③④参考自http://blog.csdn.net/Kendiv/article/details/675941,读者可进一步了解更多细节。 特别的,对类的static数据成员,有 静态数据成员有以下特点: • 对于非静态数据成员,每个类对象都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成 员。无论这个类的对象被定义了多少个,静态数据成员在程序中也只有一份拷贝,由该类型的所有对象共享访问。也就是说,静态数据成员是该类的所有对象所共有的。对该类的多个对象来说,静态数据成员只分配一次内存,供所有对象共用。 即静态数据成员独立于对象之外,放在一个单独的区域(静态数据区),为同一类的所以对象共享。(见例1、例4) • 静态数据成员的值对每个对象都是一样的,但它的值可以改,一改全改;比如,原来, 在类中声明ctatic int a;在类外初始化为1,则在该类的每一个对象中,a值为1,后来,将a该为2,则此时,在该类的每个对象中,a值为2;(见例4) • 静态数据成员存储在静态数据区。静态数据成员定义时要分配空间,所以不能在类声 明中定义(即初始化)。(见例2、例3) • 静态数据成员和普通数据成员一样遵从public, protected, private访问规则, private, protected 的static成员虽然可以在类外初始化,但是不能在类外被访问。 • static成员变量的初始化是在类外,因为static变量不是类的非静态数据成员,注意 此时不能再带上static的关键字。(见例2、例3、例4) • 因为静态数据成员在全局数据区分配内存,属于本类的所有对象共享,所以,它不属 于特定的类对象,在没有产生类对象时其作用域就可见,即在没有产生类的实例时,我们 就可以操作它; (见例5) • 若不对静态数据成员初始化,系统自动将int型初始化为0,char型自动初始化为 ASSIC码值为0的字符(NULL),但一定注意,此时初始化语句还是要写,只不过不赋右值,例如int Myclass::a;(见例5) • 静态数据成员初始化与一般数据成员初始化不同。静态数据成员初始化的格式为: • <数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值> • 类的静态数据成员有两种访问形式: • <类对象名>.<静态数据成员名> 或 <类类型名>::<静态数据成员名> • 如果静态数据成员的访问权限允许的话(即public的成员),可在程序中,按上述格 式来引用静态数据成员 ; • 静态数据成员主要用在各个对象都有相同的某项属性的时候。比如对于一个存款类, 每个实例的利息都是相同的。所以,应该把利息设为存款类的静态数据成员。这有两个好处,第一,不管定义多少个存款类对象,利息数据成员都共享分配在全局数据区的内存,所以节省存储空间。第二,一旦利息需要改变时,只要改变一次,则所有存款类对象的利息全改变过来了; • 同全局变量相比,使用静态数据成员有两个优势: 1. 静态数据成员没有进入程序的全局名字空间,因此不存在与程序中其它全局名字冲 突的可能性; 2. 可以实现信息隐藏。静态数据成员可以是private成员,而全局变量不能; 以上总结来自http://blog.csdn.net/jsjwql/article/details/1788286 。 例1: #include using namespace std; class Myclass { public: Myclass(int a=0,char b=0,float c=0 ){} private: int a; char b; float c; static int d; }; int Myclass::d=1; void main() { Myclass obj(1,'a',1.0); cout< 由此可以看出,对象obj指向的内存的大小就是int a、char b、float c的大小,不包括static int d,由此可知static不属于具体对象。其实,前三者存在栈区,后一者存在静态数据 区。至于char b占一个字节,为什么输出是12,这是编译系统进行内存对齐的缘故。至于对齐,还是那句话,不是重点不展开,相信读者自己能够解决。 例2:(这里我们只给出代码段,说明问题即可) class Myclass { public: Myclass(int az):a(az){}//a下下划线报错:Error:“a”不是类“Myclass”的非静态数据成 private: //或基类 static int a;//也可以写成int static a; }; 这说明不能通过构造函数初始化列表初始化static数据成员。 例3: #include using namespace std; class Myclass { public: Myclass(int az) //企图通过构造函数,在函数体内对static int a 初始化 { a=az; } int re_a() { return a; } private: static int a; }; void main () { Myclass obj(1); cout< 写代码时不会出现下划线报错,但编译过不去,有类似“一个无法解释的外部命令”的报错。 例4: #include using namespace std; class Myclass { public: int re_a() { return a; } void chong_fu_zhi() { a=2; } private: static int a; }; int Myclass::a=1; //static int Myclass::a=1;//如果这样写,会出现下划线报错:Error:此处不能指定存储类 void main () { Myclass obj1,obj2; cout< cout< 例5: #include using namespace std; class Myclass { public: static int a; static int b; static char c; }; int Myclass::a=1; int Myclass::b; int Myclass::c; void main() { cout<< Myclass::a< 2)如何初始化 前面说的够多了,见例4就可以了。 Ⅲ.static const和const static的初始化 1)简单说明 首先需要说明,以本人的认识和经验,static const和const static在使用上没有什么区别,可以看作同一类型的两种写法。一个是静态常量,一个是常量静态,都兼具了static和const的特点,把握好了这一点,下面的内容就不难理解了。 关于这两者,我们就不过多的介绍了,其实也没什么可介绍的了,大家知道它们既有static的特点又有const的特点就行了,下面我们来说明它们的初始化。 2)如何初始化 ⅰ.先说普遍情况 ⒈类外(包括全局、普通函数、main函数中) 直接初始化,即 static const int a=1; //当然也可以写成int static const,static static const float b= 1.1; //const也可以互换位置。 等都可以。 ⒉类内的函数中(普通成员函数,构造函数中) 同⒈,可以直接初始化。注意,说在构造函数中可以,是说类似static const floatb= 1.1;这样的语句可编译通过,并不是说在类内可以对static const数据成员初始化 ,当然,我还没发现在构造函数中写类似static const float b= 1.1这样的语句有什么实际用途,只是知道这样写是可以通过编译的。举一小例: #include using namespace std; class Myclass { public: float ceshi() { static const float c=1.6f;// (*)注意这里的f,后面解释 return c; } }; void main() { Myclass obj; cout< 简单说一下(*)句的f,因为编译器将1.6默认为double,若不加f(或F),会出现警告:从“double”到“const float”截断,当然不影响运行,我想大家知道就可以了。 ⒊作为类的数据成员 前面说过,static const兼有static、const的双重特点,故不能初始化static、const数据成员的形式,自然不能拿来初始化static const。即不能直接初始化(当然不包括后面讲到的特例),也不能在构造函数中初始化(无论是在初始化列表还是在函数体中)。由于情况与前边十分类似,这里不再给出代码来举例说明。 既然如此,那就只好在类外初始化,形式同static。 eg. #include using namespace std; class Myclass { public: float Get_a() { return a; } float Get_b() { return b; } private: static const float a; const static float b; }; const float Myclass::a=1.6f;// f的事情已经解释过 const float Myclass::b=2.1f; void main() { Myclass obj; cout< //见注释④ ⅱ.再说明特殊情况 static const int型 和static const char型数据成员可以在类内初始化! eg. #include using namespace std; class Myclass { public: float Get_a() { return a; } char Get_t() { return t; } private: static const int a=1; static const char t='a'; }; void main() { Myclass obj; cout< 如果在private下写static const float a=1.1;是不行的,等号下下划线报错:Error:“const float”类型的成员不能包含“in-class initializer”,即不能在类内初始化。编译报错:只有静态常量整型数据成员才可以在类中初始化! 至于原因,在下在网上找到的最有说服力的答案是: =============================================================================== C++11 之前的标准 只有静态常量整型数据成员,才可以在类中初始化。 这是因为,当时认为,类定义中的数据定义,是一种声明,不是数据定义。 当用类定义对象(变量,常量)时候,才开始定义数据。 静态常量整型数据成员 1)不是对象的一部分 2)可以产生常量表达式,所以可以在类中初始化。---否则,用它作为数组的大小,就不合适了。 静态常量整型数据成员,能够用来当作常量表达式使用, 不在内部定义的话,则该常量表达式未定义,就不能使用了。 C++11 非静态成员变量(常量),可以直接初始化,或者在初始化表中初始化。 C++11 中 初始化非静态成员变量(常量),可以看作赋给变量(常量)一个默认值。=============================================================================== 除此之外,本人补充一下: static const int a=1;并不分配内存,编译时直接将a换成1,放到常量表中(关于常量表,本人不是很清楚,读者可以百度,有知道的欢迎告诉我),当然,若对a取地址,则在只读的常量区分配内存。所以,这和类声明不分配内存并不矛盾。至于为什么char型数据成员也可以,我想着应该与char的实现机制有关,char型可以转换成int型,毕竟我们知道字符可以以int型输出其ASSIC码值。不知道我的想法是否正确,欢迎高人批评指正。 而至于为什么别的类型(比如float)不可以在类内初始化,是因为他们不能像int那样直接进行常量替换,而为什么不能直接进行常量替换,我能给出的解释只能是C++的机制问题,此时不妨参考上面高人给出的解释,从为什么int能来从反面理解为什么其它类型不能。另外,从C++11允许对所有非静态成员变量(常量)在类内初始化更可以看出这是C++本身机制的问题。还是那句话,希望高人指点迷津。对于高人说的“常量表达式”和“数组”,我想可从下面的例子了解一二。例如,在类的private下写: static const int n=10; int str[n];//声明数组 不会下划线报错,鼠标移到str下,显示int myclass::str[10]; 但如果在Myclass类内的private下写 static const int n; int str[n]; 在类外初始化const int Myclass::n=10; 则int str[n];一句中n下下划线报错:Error:表达式必须含有常量值 由此可对高人的话有所理解。但同时,我想说,我觉得通过n来声明数组完全没必要,因为n是不能被修改的,那这样还不如直接写int str[10];从而省去了声明、定义n的事。 或许我举的例子不够恰当,没能体现出那位高人的本意。 还有一点在下想说,那就是关于static const int的事,本人纠结了很久了,包括为什么在类内可以直接初始化它,怎么用,有什么好处,编译器到底为不为它分配内存,什么情况下进行常量折叠,等等等等。我查阅了很多资料(包括国外的编程网站),也请教了很厉害的老师 ,但最终也没能完全弄清楚。一来是在下水平低,二来是各种说法让我莫衷一是,有的说法我可以自己编程验证,但有的暂时还不知道好如何验证。现在只搞清楚了(算是清楚了吧)一点儿,那就是从汇编来看,static const int a=1;这句无论写在哪里,都不会分配空间,但写在函数中(无论什么函数),并把return a时,将会对a分配内存,当然,在任何地方对a取地址或引用a时,也将对a分配空间。(读者可以参考我前边提到的 《const的思考》,里面比较详尽地给出了什么时候给const数据分配内存,我想static const也是如此)当直接使用a时,例如int d;d=a;或cout << Myclass::f;(f为类Myclass下的public的static const int),都不分配空间。还有,有人说static const int n=30;与#define n 30作用类似,但前者优于后者,原因是前者在使用时只分配一次内存,后者每次使用时都分配内存,但在下经过试验貌似不是这样,两者在直接使用时都不分配内存,通过函数return时,都将分配内存。(以上关于内存分配的讨论很可能有错,因为本人对汇编并不太懂)本人感觉前者的优点主要是可以封装在类中,实现了C++的封装性。 这就是在下所知道的。所以,在下在这里虔诚呼吁,凡是对以上问题明白的,哪怕是略知一二,也万望您不吝赐教。 好了,至此,关于初始化的问题就说到这里,其中也扯进来一些相关问题,可能让读者感到烦乱,而在下这样做的目的主要是把在下知道的都与大家分享,希望让像我一样的初学者能更明白地,较为全面地学到一些东西;同时多多暴露自己的问题和错误,以期在大家的批评指正下提高。由此给您造成的阅读不便,敬请谅解。 下面,在简单说一下const、 static 、static const的值的修改问题。 二、const、static、static const、const static常量(变量)值的修改 本节讨论主要参考自: http://blog.csdn.net/taotaotheripper/article/details/23712253 Ⅰ不能修改的 全局的const 、任意地方的static const不能修改。 原因:无论是否是静态,两者都是常量,显然不能通过简单的再赋值操作,即类似 static const int a=1; a=2; 的方式修改。 那么在下能想到的办法只有通过指针来修改了。 对于全局的const 、任意地方的static const,不分配内存,但一旦取地址(或是函数中return,或是将const声明为extern const,都将导致分配内存),那么在哪儿分配呢?是在常量存储区,这一区域的特点是只读,当然不能通过指针修改。例如在外部(类外、函数外的全局)写: const int a=1; static const int b=1; 在main函数中写 int*pa=const_cast *pa=111; //(1) int*pa=const_cast *pa=111;//(2) 编译可通过,但出现运行时错误,最终可见类似 jing_tai_cheng_yuan.exe 中的 0x0106162b 处有未经处理的异常: 0xC0000005: 写入位置 0x01067830 时发生访问冲突 这样的报错。即访问非法内存,错误指向(1)、(2)两句。因为如前所说,取地址后,a被分到了只读的常量区。 Ⅱ.其它情况下的const值的修改 先看这个例子: