C++ Primer：static const与static constexpr的类内数据成员初始化（练习7.58解答）

旧城等待， 2023-07-16 11:59 11阅读 0赞

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# 1. 背景 #

在C++Primer 中文版（第5版）第270页中，对静态数据成员的类内初始化作如下说明：

> 我们可以为静态成员提供const整数类型的类内初始值，不过要求静态成员必须是字面值常量类型的constexpr。

上面的句子不好理解。故找到如下对应的英文版说明：

> we can provide in-class initializers for static members that have const integral type and must do so for static members that are constexprs of literal type.

如上英文的大致意思：

> 我们可以为const整型的静态数据成员提供类内初始值。constexprs的静态成员必须提供类内初始值。

个人理解：

> 1.  算术类型包括整型和浮点型。整型包括bool、char、int、short、long等。浮点型包括float和double等（详见C++Primer第30页）。
> 2.  const**整型**类型的静态数据成员（即static const的**整型**数据成员）可以使用类内初始值来初始化。
> 3.  constexprs的静态成员（即static constexpr的数据成员）**必须**使用类内初始值来初始化。

# 2. 实例 #

## 2.1 static数据成员 ##

#include <iostream>
    using namespace std;
    class A
    {
    public:
        //整型的静态成员
        static bool b;
        static char c;
        static int i;
        //浮点型的数据成员
        static float f;
        static double d;
    
        // static int i1 = 1;       // 错误：带有类内初始值设定项的成员必须为常量
        // static double d1 = 3.14; // 错误：带有类内初始值设定项的成员必须为常量
    };
    
    bool A::b = true;
    char A::c = 'a';
    int A::i = 1;
    float A::f = 1.5;
    double A::d = 2.5;
    
    int main()
    {
        cout << A::b << endl;
        cout << A::c << endl;
        cout << A::i << endl;
        cout << A::f << endl;
        cout << A::d << endl;
        return 0;
    }

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总结：

1.  一般的static数据成员只能在类内声明，在类外定义和初始化。

## 2.2 static const数据成员 ##

#include <iostream>
    using namespace std;
    class A
    {
    public:
        //整型的静态成员
        static const bool b1;
        static const char c1;
        static const int i1;
        //浮点型的数据成员
        static const float f1;
        static const double d1;
    
        //整型的静态成员
        static const bool b2 = false;
        static const char c2 = 'b';
        static const int i2 = 2;
        //浮点型的数据成员
        // static const float f2 = 3.5;  // 错误："const float" 类型的成员不能包含类内初始值设定项
        // static const double d2 = 4.5; // 错误："const double" 类型的成员不能包含类内初始值设定项
    
        // char m1[i1];// 错误：i1的常量还未初始化
        char m2[i2];
    };
    
    const bool A::b1 = true;
    const char A::c1 = 'a';
    const int A::i1 = 1;
    const float A::f1 = 1.5;
    const double A::d1 = 2.5;
    
    const bool A::b2;
    const char A::c2;
    const int A::i2;
    
    int main()
    {
        cout << A::b1 << endl;
        cout << A::c1 << endl;
        cout << A::i1 << endl;
        cout << A::f1 << endl;
        cout << A::d1 << endl;
        cout << "---------------------------------------" << endl;
        cout << A::b2 << endl;
        cout << A::c2 << endl;
        cout << A::i2 << endl;
        return 0;
    }

![运行结果][format_png_pic_center 1]

总结：

1.  static const数据成员可以在类内声明，在类外定义和初始化。在类内声明时，static const数据成员还未初始化，不算真正的const。
2.  static const**整型**数据成员可以在类内声明和初始化，在类外定义。在类内声明和初始化时，static const数据成员是真正的const。
3.  若编译时static const数据成员可用它的**值**替代（如表示数组个数等），它可以不需要定义。若不能替代（如作为参数等），必须含有一条定义语句。建议不管是否可替代都在类外定义一次。
4.  若static const数据成员不是**整型（bool、char、int、short、long等）**，则不能在类内初始化。

## 2.3 static constexpr数据成员 ##

#include <iostream>
    using namespace std;
    class A
    {
    public:
        //整型的静态成员
        // static constexpr bool b1; // 错误：constexpr 静态数据成员声明需要类内初始值设定项
        // static constexpr char c1; // 错误：constexpr 静态数据成员声明需要类内初始值设定项
        // static constexpr int i1;  // 错误：constexpr 静态数据成员声明需要类内初始值设定项
        //浮点型的数据成员
        // static constexpr float f1;  // 错误：constexpr 静态数据成员声明需要类内初始值设定项
        // static constexpr double d1; // 错误：constexpr 静态数据成员声明需要类内初始值设定项
    
        //整型的静态成员
        static constexpr bool b2 = false;
        static constexpr char c2 = 'b';
        static constexpr int i2 = 2;
        //浮点型的数据成员
        static constexpr float f2 = 3.5;
        static constexpr double d2 = 4.5;
    
        // char m1[i1]; // 错误：i1的常量还未初始化
        char m2[i2];
    };
    
    // constexpr bool A::b1 = true;
    // constexpr char A::c1 = 'a';
    // constexpr int A::i1 = 1;
    // constexpr float A::f1 = 1.5;
    // constexpr double A::d1 = 2.5;
    constexpr bool A::b2;
    constexpr char A::c2;
    constexpr int A::i2;
    constexpr float A::f2;
    constexpr double A::d2;
    
    int main()
    {
        cout << A::b2 << endl;
        cout << A::c2 << endl;
        cout << A::i2 << endl;
        cout << A::f2 << endl;
        cout << A::d2 << endl;
        return 0;
    }

![运行结果][format_png_pic_center 2]

总结：

1.  static constexpr数据成员**必须**在类内声明和初始化。在类内声明和初始化时，static constexpr数据成员是真正的const。
2.  若编译时static constexpr数据成员可用它的**值**替代（如表示数组个数等），它可以不需要定义。若不能替代（如作为参数等），必须含有一条定义语句。建议不管是否可替代都在类外定义一次。
3.  若static constexpr数据成员即使不是整型，也可进行类内初始化时。

# 3. 习题解析 #

练习7.58：下面的静态数据成员的声明和定义有错误吗？请解释原因。

#include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    
    class Example
    {
    public:
        static double rate = 6.5;
        static const int vecSize = 20;
        static vector<double> vec(vecSize);
    };
    
    double Example::rate;
    vector<double> Example::vec;

解答：

1.  一般的static数据成员只能类内声明，类外定义和初始化。rate不是static const或static constexpr，只是一般static数据成员，不能在类内初始化。

static double rate = 6.5;
    //改为
    static double rate;

1.  vecSize的类型是static const int，可类内初始化。vecSize仅用于表示vector容器的个数，编译时可直接用20替代，故在类外定义或者不定义都是可行的，但最好在类外定义一次以防万一。

static const int vecSize = 20; // 正确
    // 最好在类外添加定义
    static const int vecSize;

1.  vecSize已在类内初始化，可用于表示vector的容量。vec只是一般static数据成员，不能在类内初始化。

static vector<double> vec(vecSize);
    // 改为
    // 类内
    static vector<double> vec;
    // 类外
    vector<double> Example::vec(vecSize);

修改后：

#include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    
    class Example
    {
    public:
        static double rate;
        static const int vecSize = 20;
        static vector<double> vec;
    };
    
    double Example::rate;
    static const int vecSize;
    vector<double> Example::vec(vecSize);

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