为什么我们需要为静态 const 数据成员单独定义？答案

【问题标题】：Why we need a separate definition for a static const data member?为什么我们需要为静态 const 数据成员单独定义？
【发布时间】：2021-06-27 23:24:04
【问题描述】：

您好，如果我有一个 static const 数据成员，那么我可以为它提供一个类内初始化程序，我不需要在类主体之外再次定义它。

但只有在类范围内使用该常量并且如果在外部使用时，必须在外部提供单独的定义，否则对它的任何引用都会导致链接时错误：“未定义对静态对象的引用：x” .

  struct Foo{
      static int const sz_ = 100;
      std::array<int, sz_> ai_100{};
  };

  //int const Foo::sz_;

  int main(){

      float pts[Foo::sz_]{}; // ok
      void bar(int const&); // defined later on
      bar(Foo::sz_); // undefined reference to Foo::sz_
  }

  void bar(int const&){
      //do_something
  }

为什么在类范围之外使用static const数据成员sz_作为数组大小是OK的？
为什么当将sz 传递给函数bar 时，该函数采用对const 的左值引用，链接器无法链接并抱怨Foo::sz_ 的定义？
函数bar 接受一个对const int& 的左值引用，因此它可以从一个右值初始化，那么为什么它对初始化器Foo::sz_ 的定义很重要？

【问题讨论】：

标签： c++ static constants in-class-initialization

【解决方案1】：

为什么我们需要为静态 const 数据成员单独定义？

首先，我们必须记住单一定义规则。它实际上是一组规则，但我们对此上下文感兴趣的规则的简化版本是：每个变量都必须有一个定义。

其次，我们应该考虑到类通常用于多个翻译单元。

如果静态成员变量的声明是一个定义，那么每个包含类定义的翻译单元都将包含该变量定义。这与 ODR 相悖，链接器不知道该怎么做。

因此，必须有一个单独的变量定义，允许将类定义包含在多个翻译单元中，同时将单独的变量定义保留在一个翻译单元中。

虽然过去的语言实现可能无法处理多个定义（早在模板出现在 C++ 之前），但现在它们可以了，并且该语言已被扩展（在 C++17 中）以允许内联定义的变量。 inline 关键字对变量的含义与对函数的含义相同：它放宽了单一定义规则，允许（也要求）在每个 TU（使用 odr 的地方）中定义变量。

【讨论】：

【解决方案2】：

主要是出于历史原因。盯着 C++17，你可以拥有inline data members。而constexpr 成员默认为inline。

【讨论】：

【解决方案3】：

您的非链接示例可以简化为：

struct Foo{
    static int const sz_ = 100;
};

int main(){
    int const *p = &Foo::sz_;   // undefined reference to Foo::sz_
}

换句话说，如果我们获取Foo::sz_的地址，或者为其分配一个引用（这是一个非常相似的操作，在底层），那么我们需要在某个地方定义int const Foo::sz_;。

这是为什么？好吧，如果我们只使用Foo::sz_ 的值，那么编译器就不需要变量了。它可以只使用 100 作为有效的文字。但是如果我们想获取它的地址，那么我们需要一个实际的变量来引用。

【讨论】：