为什么在Effective C++中声明和定义是这样定义的

Why is declaration and definition defined this way in Effective C++?

本文关键字：定义 声明 Effective C++ 为什么      更新时间：2023-10-16

在有效C++（第三版）第2项（首选const、enum和inline而非#define）中，类特定常量的代码段读取：

class GamePlayer {
private:
    static const int NumTurns = 5;    // constant declaration
    int scores[NumTurns];             // use of constant
    ...
};

然后这本书说（用我自己的话来说）static const int NumTurns = 5;不是一个定义，这通常是C++对类成员所要求的，除非它是一个从未使用过地址的静态积分常数。如果常量的上述情况不正确，或者编译器出于任何原因坚持定义，则应在实现文件中提供如下定义：

const int GamePlayer::NumTurns;    // definition of NumTurns; see
                                   // below for why no value is given

根据这本书（也用我自己的话来说），定义中没有给出任何值，因为它已经在声明中给出了。

这混淆了我认为我已经知道的关于声明和定义的定义（在问这个问题之前，我在谷歌上仔细检查了一下）：

  • 为什么static const int NumTurns = 5不是一个定义？这里NumTurns不是初始化为5的值吗？当一个声明和一个定义一起发生时，它不是被称为初始化吗
  • 为什么static积分常数不需要定义
  • 为什么在没有定义值的情况下，第二个代码片段被认为是一个定义，而包含该值的类内部的声明仍然不是一个（本质上要回到我的第一个问题）
  • 初始化不是一个定义吗？为什么这里没有违反"唯一定义"规则

在这一点上，我可能只是混淆了自己，所以有人可以从头开始重新教育我：为什么这两行代码声明和定义而不是另一行，那里有初始化的例子吗？初始化也是一个定义吗？

来源：代码片段直接从书中引用。

编辑：额外参考定义和声明之间的区别是什么？

  • 声明引入标识符和类型
  • 定义实例化并实现

所以，是的。。。这似乎不是这里发生的事情。

编辑2：我认为编译器可以通过不将静态积分常数存储在内存中，而只是在代码中内联替换它来优化它。但是如果使用NumTurns地址，为什么声明不自动变为声明+定义，因为实例化已经存在了？

编辑3：（这次编辑与原始问题没有太大关系，但仍然很突出。我把它放在这里，这样我就不需要复制粘贴到下面每个答案的评论中。请在评论中回答我。谢谢！）

谢谢你的回答。我的头脑现在清楚多了，但编辑2的最后一个问题仍然存在：如果编译器检测到程序中需要定义的条件（例如程序中使用了&NumTurns），为什么它不自动将static const int NumTurns = 5;重新解释为声明&定义而不是仅声明？它具有程序中其他任何地方的定义所具有的所有语法。

我在学校里有Java背景，不需要像上面那样为静态成员单独定义。我知道C++是不同的，但我想知道为什么上面是这样的。如果从未使用过地址，则内联替换静态积分成员对我来说更像是一种优化，而不是一种基本特征，那么，为什么我需要绕过它（在条件不满足时提供一个单独的语句作为定义，即使原始语句的语法足够），而不是反过来（编译器在需要原始语句时将其视为定义，因为语法足够）？

免责声明：我不是一个标准的大师。

我建议你阅读以下两篇：

http://www.stroustrup.com/bs_faq2.html#in-类
和：
定义和声明之间有什么区别？

为什么static const int NumTurns=5不是一个定义？NumTurns不是在这里初始化为值5，当声明和定义一起出现，称为初始化？

在高级中，定义（与声明相反）实例化或实现实体（变量、类、函数）
如果是变量，则定义会将变量分配到程序内存中
在函数的情况下，定义给出了可以编译为汇编指令的指令。*

代码行

static const int NumTurns = 5;

默认情况下不会在程序内存中分配NumTurns，因此它只是一个声明。为了在程序内存中创建NumTurns的（唯一）实例，您必须提供所需的定义:

const int MyClass::NumTurns;

Bjarne报价：

如果（且仅当）静态成员具有类外定义：

class AE {
    // ...
public:
    static const int c6 = 7;
    static const int c7 = 31;
};
const int AE::c7;   // definition
int f()
{
    const int* p1 = &AE::c6;    // error: c6 not an lvalue
    const int* p2 = &AE::c7;    // ok
    // ...
}

为什么静态积分常数不需要定义？

如果你想记录他们的地址，他们会这样做。

初始化不是一个定义吗？

没有。初始化是在某个实体（基元、对象）中设置初始值的行为。

void someFunc (){
  int x; //x is declared, but not initialized
  int y = 0; //y is declared+ initialized.
}

为什么这里没有违反"唯一定义"规则？

为什么会这样？在整个代码中仍然有一个NumTurns。符号MyClas::NumTurns仅出现一次。该定义仅使变量出现在程序内存中。ODR规则指定任何符号只能声明一次。

编辑：这个问题基本上可以归结为"为什么编译器不能自己决定？"我不是一个滑稽的成员，所以我不能给出完全合法的答案
我聪明的猜测是，让编译器决定事情不是C++哲学。当您让编译器决定（例如在哪里声明静态积分常量）时，I、 作为开发人员，可能会提出以下问题：

1） 如果我的代码是一个只有头的库，会发生什么？编译器应该在哪里声明变量？在它遇到的第一个cpp文件中？在包含main的文件中？

2） 如果编译器决定在哪里声明变量，我有任何保证吗该变量将与其他静态变量（我已手动声明）一起声明，从而保持缓存位置紧张？

当我们赞同"让审计官疯狂"的心态时，人们提出了越来越多的问题我认为这是Java和C++之间的根本区别。

Java：让JVM做它的hueristics
C++：让开发人员进行评测。

最终，在C++中，编译器检查所有内容是否正确，并将代码转换为二进制代码，不要代替开发人员做这项工作

*或者字节码，如果您使用托管C++（boo…）

一个定义规则的结果之一是类的静态成员只能有一个定义。但是，如果有多个编译单元定义它，那么程序中的每个编译单元都会有一个定义。净效果是，如果不打破一个定义规则，声明就不能是一个定义。在实践中，链接器通常不够聪明，无法解析这样的多个定义。

静态积分常数不需要定义的原因是它没有必要。如果该值是在类定义中初始化的，那么无论何时使用，编译器都可以替换初始化的值。实际上，这意味着该值不需要实际占用程序中的内存位置（只要没有代码计算该常量的地址，在这种情况下需要定义）。

声明、定义和初始化实际上是单独的（尽管是相关的）概念。一个声明告诉编译器存在某种东西。定义是一种导致某个东西存在的声明类型（因此具有其他声明可见性的代码可以引用它）-例如，为它分配内存。初始化是给定值的行为。这种区别实际上发生在语言的其他部分。例如

#include <iostream>
int main()
{
     int x;   //  declaration and definition of x
     std::cout << x << 'n';    // undefined behaviour as x is uninitialised
     x = 42;   // since x is not yet initialised, this assignment has an effect of initialising it
     std::cout << x << 'n';    // OK as x is now initialised
}

在实践中，初始化可以是声明的一部分，但不是必须的。

编辑以回应原始问题中的"编辑3"：

C++有一个单独的编译模型。Java的模型依赖于C++模型所没有的功能（更智能的链接器、运行时链接）。在C++中，如果一个编译单元看到一个声明而没有定义，编译器只会假设定义在另一个编译单位中。通常（对于许多构建链），链接器稍后会检测是否不存在必要的定义，因此链接阶段失败。相反，如果每个需要定义存在的编译单元实际上都创建了一个定义，编译器就会打破"一个定义规则"，而一个典型的愚蠢链接器——它还不够聪明，无法将重复定义的东西折叠成一个定义——就会抱怨一个多重定义的符号。

为什么静态常量NumTurns=5不是一个定义？NumTurns在这里没有初始化为值5吗？当一个声明和一个定义同时发生时，它不是被称为初始化吗？

这是个错误的问题。声明是指通知编译器类型/变量/函数/存在的任何东西以及它是什么。定义是指指示编译器实际分配存储以保留所述实体。

由于成员是在类的声明中"定义"的（即，此时没有创建类的实例），因此这是一个声明。

调用此定义所依赖的等号只是结构成员的默认值，而不是初始化。

为什么静态积分常数不需要定义？

你自己也回答过这个问题。这是因为编译器可以避免为它们分配任何存储，而只需将它们放入使用的代码中。

为什么在没有定义值的情况下，第二个代码片段被认为是一个定义，而包含该值的类内部的声明仍然不是一个（本质上要回到我的第一个问题）？

正如我之前所说，这是因为第二段代码为变量分配存储空间。

初始化不是一个定义吗？为什么这里没有违反"唯一定义"规则？

因为初始化不是定义。

如果编译器检测到程序中需要定义的条件（例如程序中使用了&NumTurns），为什么它不自动重新解释静态常量int NumTurns=5；作为声明&定义而不是仅声明？

因为定义分配了存储。更具体地说，因为如果编译器这样做，那么在不同的编译单元中会有多个存储分配。这很糟糕，因为在链接过程中，链接器只需要一个。链接器看到具有相同作用域的同一变量的多个定义，但不知道它具有相同的值。它所知道的是，它无法将它们全部合并到一个位置。

为了避免这个问题，它要求您手动进行定义。您可以在cpp文件中定义它（即，不在头中），从而将分配解析为链接器可以接受的一个特定文件。

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