Оголошення змінних у файлах заголовків - статичні чи ні?

При рефакторингу деяких #definesя наткнувся на декларації, подібні до наведених нижче, у файлі заголовка C ++:

static const unsigned int VAL = 42;
const unsigned int ANOTHER_VAL = 37;

Питання в тому, яку різницю, якщо вона є, буде мати статичний ефект? Зверніть увагу, що багаторазове включення заголовків неможливе завдяки класичному #ifndef HEADER #define HEADER #endifтрюку (якщо це важливо).

Чи означає статична статична лише одна копія VAL, якщо заголовок включений кількома вихідними файлами?

Це staticозначає, що VALдля кожного вихідного файлу, до якого він включений, буде створено по одній копії . Але це також означає, що багаторазове включення не призведе до кількох визначень, VALякі будуть стикатися під час зв’язку. У C без цього staticвам потрібно було б переконатися, що визначено лише один вихідний файл, VALтоді як інші вихідні файли оголосили його extern. Зазвичай це можна зробити, визначивши його (можливо, за допомогою ініціалізатора) у вихідному файлі та помістивши externдекларацію у файл заголовка.

static змінні на глобальному рівні видно лише у власному вихідному файлі, незалежно від того, потрапили вони туди за допомогою включення чи були у головному файлі.

Примітка редактора: У C ++ constоб'єкти, що не містять staticані externключових слів, ані ключових слів, не є неявними static.

В staticі externвлучно на змінному файл в області видимості визначити , чи є вони доступні в інших одиницях трансляції (тобто інших .cабо .cppфайлів).

• staticдає змінну внутрішню зв'язок, приховуючи її від інших модулів перекладу. Однак змінні з внутрішнім зв'язком можуть бути визначені в декількох одиницях перекладу.

• externдає змінний зовнішній зв'язок, роблячи його видимим для інших підрозділів перекладу. Зазвичай це означає, що змінна повинна бути визначена лише в одній одиниці перекладу.

За замовчуванням (коли ви не вказуєте staticабо extern) є однією з тих областей, в яких C і C ++ відрізняються.

• У C змінні з файловим діапазоном externза замовчуванням є (зовнішні зв'язки). Якщо ви використовуєте С, VALє staticі ANOTHER_VALє extern.

• У C ++ файлові змінні staticза замовчуванням є (внутрішнє зв’язування), якщо вони є const, і externза замовчуванням, якщо ні. Якщо ви використовуєте С ++, обидва VALі ANOTHER_VALє static.

З проекту специфікації С :

6.2.2 Зв'язки ідентифікаторів ... -5- Якщо оголошення ідентифікатора для функції не має специфікатора класу сховища, його зв'язок визначається точно так, як якщо б він був оголошений із специфікатором класу сховища extern. Якщо оголошення ідентифікатора для об'єкта має обсяг файлу і не має специфікатора класу сховища, його зв'язок є зовнішнім.

З проекту специфікації C ++ :

7.1.1 - Специфікатори класу сховища [dcl.stc] ... -6- Ім'я, оголошене в області простору імен без специфікатора класу сховища, має зовнішнє зв’язування, якщо воно не має внутрішнього зв’язку через попередню декларацію та за умови, що воно не оголошена конст. Об'єкти, оголошені const і не явно оголошені extern, мають внутрішній зв'язок.

Статичність означатиме, що ви отримуєте по одній копії на файл, але на відміну від інших, це абсолютно законно робити. Ви можете легко перевірити це за допомогою невеликого зразка коду:

test.h:

static int TEST = 0;
void test();

test1.cpp:

#include <iostream>
#include "test.h"

int main(void) {
    std::cout << &TEST << std::endl;
    test();
}

test2.cpp:

#include <iostream>
#include "test.h"

void test() {
    std::cout << &TEST << std::endl;
}

Запуск цього дає вам такий результат:

0x446020
0x446040

constзмінні в C ++ мають внутрішній зв'язок. Отже, використання staticне дає ефекту.

ах

const int i = 10;

one.cpp

#include "a.h"

func()
{
   cout << i;
}

two.cpp

#include "a.h"

func1()
{
   cout << i;
}

Якби це була програма C, ви отримали б помилку "множинного визначення" для i(через зовнішнє зв’язування).

Статичне оголошення на цьому рівні коду означає, що мітка змінної видно лише в поточному блоці компіляції. Це означає, що лише код у цьому модулі буде бачити цю змінну.

якщо у вас є файл заголовка, який оголошує змінну статичним, і цей заголовок включений до декількох файлів C / CPP, тоді ця змінна буде "локальною" для цих модулів. Буде N копій цієї змінної для N місць, що включають заголовок. Вони взагалі не пов’язані між собою. Будь-який код у будь-якому з цих вихідних файлів буде посилатися лише на змінну, яка оголошена в цьому модулі.

У цьому конкретному випадку ключове слово 'static', здається, не забезпечує жодної переваги. Можливо, мені чогось не вистачає, але, здається, це не має значення - я ще ніколи не бачив, щоб щось подібне робилося.

Щодо вбудовування, у цьому випадку змінна, швидше за все, вбудована, але це лише тому, що вона оголошена const. Компілятор може бути більш імовірно, вбудованими змінним модуль статичного, але це залежить від ситуації і код компілюється. Немає гарантії того, що компілятор вкладе "статику".

У книзі C (безкоштовно в Інтернеті) є розділ про зв’язок, де детальніше пояснюється значення поняття „статичний“ (хоча правильна відповідь вже дана в інших коментарях): http://publications.gbdirect.co.uk/c_book /chapter4/linkage.html

Щоб відповісти на запитання, "чи означає статична статистика лише одну копію VAL, якщо заголовок включений кількома вихідними файлами?" ...

NO . VAL завжди визначатиметься окремо у кожному файлі, що містить заголовок.

Стандарти для C та C ++ у цьому випадку різняться.

У C змінні з файловим діапазоном за замовчуванням є зовнішніми. Якщо ви використовуєте C, VAL є статичним, а ANOTHER_VAL - зовнішнім.

Зверніть увагу, що сучасні лінкери можуть скаржитися на ANOTHER_VAL, якщо заголовок включено в різні файли (одна і та ж глобальна назва визначена двічі), і, безумовно, скаржиться, якщо ANOTHER_VAL було ініційовано до іншого значення в іншому файлі

У C ++ змінні файлового простору за замовчуванням є статичними, якщо вони є const, і зовнішніми за замовчуванням, якщо вони не є. Якщо ви використовуєте C ++, і VAL, і ANOTHER_VAL є статичними.

Також потрібно врахувати той факт, що обидві змінні позначені як const. В ідеалі компілятор завжди вибирає вбудовування цих змінних і не включає для них сховище. Існує ціла низка причин, чому можна виділити пам’ять. Я можу придумати ...

• параметри налагодження
• адреса, взята у файлі
• компілятор завжди виділяє пам'ять (складні типи const неможливо легко вбудувати, тому стає особливим випадком для базових типів)

Припускаючи, що ці декларації мають загальний обсяг (тобто не є змінними-членами), тоді:

статичний означає "внутрішній зв'язок". У цьому випадку, оскільки він оголошений const, він може бути оптимізований / вбудований компілятором. Якщо ви опустите const, то компілятор повинен розподілити пам'ять у кожному блоці компіляції.

Опускаючи статичну зв'язок є ехЬегпом за замовчуванням. Знову ж , ви були врятовані сопзЬ Несса - компілятор може оптимізувати / рядне використання. Якщо ви відкинете const, ви отримаєте багатозначно визначену помилку під час посилання.

Ви не можете оголосити статичну змінну, не визначивши її також (це тому, що модифікатори класу сховища static і extern взаємовиключні). Статичну змінну можна визначити у файлі заголовка, але це призведе до того, що кожен вихідний файл, що включає файл заголовка, має власну приватну копію змінної, що, мабуть, не те, що було призначено.

Змінні const за замовчуванням статичні в C ++, але зовнішні C. Тому, якщо ви використовуєте C ++, це не має сенсу, яку конструкцію використовувати.

(7.11.6 C ++ 2003, і ​​Apexndix C має зразки)

Приклад у порівнянні джерел компіляції / посилань як програми C та C ++:

bruziuz:~/test$ cat a.c
const int b = 22;
int main(){return 0;}
bruziuz:~/test$ cat b.c
const int b=2;
bruziuz:~/test$ gcc -x c -std=c89 a.c b.c
/tmp/ccSKKIRZ.o:(.rodata+0x0): multiple definition of `b'
/tmp/ccDSd0V3.o:(.rodata+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status
bruziuz:~/test$ gcc -x c++ -std=c++03 a.c b.c 
bruziuz:~/test$ 
bruziuz:~/test$ gcc --version | head -n1
gcc (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.5) 5.4.0 20160609

Статичний заважає іншому блоку компіляції екстернірувати цю змінну, щоб компілятор міг просто "вбудувати" значення змінної там, де вона використовується, і не створювати для неї пам'ять.

У вашому другому прикладі компілятор не може припустити, що якийсь інший вихідний файл не буде його екстернувати, тому він повинен фактично десь зберігати це значення в пам'яті.

Статичний заважає компілятору додавати кілька екземплярів. Це стає менш важливим із захистом #ifndef, але якщо припустити, що заголовок включений у дві окремі бібліотеки та додаток пов'язаний, два екземпляри будуть включені.