Deklaracje zmiennych w plikach nagłówkowych - statyczne czy nie?

Podczas refaktoryzacji niektórych #definesnapotkałem deklaracje podobne do następujących w pliku nagłówkowym C ++:

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

Pytanie brzmi, jaką różnicę, jeśli w ogóle, zrobi statyczność? Zauważ, że wielokrotne dołączanie nagłówków nie jest możliwe z powodu klasycznej #ifndef HEADER #define HEADER #endifsztuczki (jeśli to ma znaczenie).

Czy statyczny oznacza, że VALtworzona jest tylko jedna kopia , w przypadku gdy nagłówek jest zawarty w więcej niż jednym pliku źródłowym?

Te staticśrodki, które będzie jedna kopia VALstworzona dla każdego pliku źródłowego, to jest wliczone w. Ale oznacza to również, że wiele wtrącenia nie spowoduje w wielu definicjach VAL, które zderzają się w momencie połączenia. W C, bez tego static, musiałbyś upewnić się, że tylko jeden plik źródłowy jest zdefiniowany, VALpodczas gdy inne pliki źródłowe go deklarują extern. Zwykle można to zrobić, definiując go (prawdopodobnie z inicjatorem) w pliku źródłowym i umieszczając externdeklarację w pliku nagłówkowym.

static zmienne na poziomie globalnym są widoczne tylko w ich własnym pliku źródłowym, niezależnie od tego, czy dostały się tam poprzez dołączenie, czy też znajdowały się w pliku głównym.

Uwaga edytora: W C ++ constobiekty bez słów kluczowych staticani externw swojej deklaracji są niejawnie static.

Znaczniki statici w externzmiennych o zasięgu pliku określają, czy są one dostępne w innych jednostkach tłumaczeniowych (tj. Inne .club .cpppliki).

• staticdaje zmiennej powiązanie wewnętrzne, ukrywając ją przed innymi jednostkami tłumaczeniowymi. Jednak zmienne z powiązaniami wewnętrznymi można definiować w wielu jednostkach tłumaczeniowych.

• externdaje zmiennej link zewnętrzny, czyniąc ją widoczną dla innych jednostek tłumaczeniowych. Zwykle oznacza to, że zmienna musi być zdefiniowana tylko w jednej jednostce tłumaczeniowej.

Wartość domyślna (jeśli nie określisz staticlub extern) jest jednym z tych obszarów, w których C i C ++ różnią się.

• W języku C zmienne o zasięgu pliku są externdomyślnie (łączenie zewnętrzne). Jeśli używasz C, VALjest statici ANOTHER_VALjest extern.

• W C ++ zmienne o zasięgu pliku są staticdomyślnie (łączeniem wewnętrznym), jeśli tak const, i externdomyślnie, jeśli nie są. Jeśli używasz C ++, oba VALi ANOTHER_VALsą static.

Z projektu specyfikacji C :

6.2.2 Powiązania identyfikatorów ... -5- Jeśli deklaracja identyfikatora funkcji nie ma specyfikatora klasy pamięci, jej powiązanie jest określane dokładnie tak, jakby było zadeklarowane za pomocą specyfikatora klasy pamięci extern. Jeśli deklaracja identyfikatora obiektu ma zasięg plikowy i nie ma specyfikatora klasy pamięci, jej powiązanie jest zewnętrzne.

Z szkicu specyfikacji C ++ :

7.1.1 - Specyfikatory klasy pamięci masowej [dcl.stc] ... -6- Nazwa zadeklarowana w zakresie przestrzeni nazw bez specyfikatora klasy pamięci ma zewnętrzne połączenie, chyba że ma wewnętrzne powiązanie z powodu poprzedniej deklaracji i pod warunkiem, że nie jest deklarowana konst. Obiekty zadeklarowane jako const i nie zadeklarowane jawnie jako extern mają wewnętrzne powiązanie.

Statyczny oznacza, że ​​otrzymasz jedną kopię na plik, ale w przeciwieństwie do innych osób powiedzieli, że jest to całkowicie legalne. Możesz to łatwo przetestować za pomocą małego przykładu kodu:

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;
}

Uruchomienie tego daje następujący wynik:

0x446020
0x446040

constzmienne w C ++ mają wewnętrzne powiązania. Tak więc używanie staticnie ma żadnego efektu.

ah

const int i = 10;

one.cpp

#include "a.h"

func()
{
   cout << i;
}

two.cpp

#include "a.h"

func1()
{
   cout << i;
}

Gdyby to był program w C, wystąpiłby błąd „wielokrotnej definicji” dla i(z powodu zewnętrznego powiązania).

Deklaracja statyczna na tym poziomie kodu oznacza, że ​​zmienna jest widoczna tylko w bieżącej jednostce kompilacji. Oznacza to, że tylko kod w tym module będzie widział tę zmienną.

jeśli masz plik nagłówkowy, który deklaruje zmienną jako statyczną, a ten nagłówek jest zawarty w wielu plikach C / CPP, wówczas zmienna będzie „lokalna” dla tych modułów. Będzie N kopii tej zmiennej dla N miejsc, w których znajduje się nagłówek. W ogóle nie są ze sobą spokrewnieni. Każdy kod w dowolnym z tych plików źródłowych będzie odwoływał się tylko do zmiennej zadeklarowanej w tym module.

W tym konkretnym przypadku słowo kluczowe „static” nie wydaje się przynosić żadnych korzyści. Mogę czegoś przeoczyć, ale wydaje się, że nie ma to znaczenia - nigdy wcześniej nie widziałem czegoś takiego.

Jeśli chodzi o wstawianie, w tym przypadku zmienna jest prawdopodobnie wstawiana, ale to tylko dlatego, że jest zadeklarowana jako stała. Kompilator może z większym prawdopodobieństwem wbudować statyczne zmienne modułu, ale zależy to od sytuacji i kompilowanego kodu. Nie ma gwarancji, że kompilator będzie zawierał „statykę”.

Książka C (dostępna bezpłatnie online) zawiera rozdział o powiązaniach, w którym bardziej szczegółowo wyjaśnia się znaczenie słowa „statyczny” (chociaż poprawną odpowiedź podano już w innych komentarzach): http://publications.gbdirect.co.uk/c_book /chapter4/linkage.html

Aby odpowiedzieć na pytanie, „czy statyczny oznacza, że ​​tworzona jest tylko jedna kopia VAL, w przypadku gdy nagłówek jest zawarty w więcej niż jednym pliku źródłowym?” ...

NIE . VAL będzie zawsze definiowane oddzielnie w każdym pliku zawierającym nagłówek.

Standardy C i C ++ powodują różnicę w tym przypadku.

W języku C zmienne o zasięgu pliku są domyślnie extern. Jeśli używasz C, VAL jest statyczne, a ANOTHER_VAL to zewnętrzne.

Zauważ, że nowoczesne konsolidatory mogą narzekać na ANOTHER_VAL, jeśli nagłówek jest zawarty w różnych plikach (ta sama nazwa globalna zdefiniowana dwukrotnie) i na pewno skarżyliby się, gdyby ANOTHER_VAL został zainicjowany inną wartością w innym pliku

W języku C ++ zmienne o zasięgu pliku są domyślnie statyczne, jeśli są stałymi, i domyślnie extern, jeśli nie są. Jeśli używasz C ++, zarówno VAL, jak i ANOTHER_VAL są statyczne.

Musisz również wziąć pod uwagę fakt, że obie zmienne są oznaczone jako const. Idealnie byłoby, gdyby kompilator zawsze wybierał wstawianie tych zmiennych i nie zawierał dla nich pamięci. Istnieje wiele powodów, dla których można przydzielić pamięć. Te, które przychodzą mi do głowy ...

• opcje debugowania
• adres wzięty w pliku
• kompilator zawsze przydziela pamięć (złożone typy const nie mogą być łatwo wstawiane, więc staje się specjalnym przypadkiem dla typów podstawowych)

Zakładając, że te deklaracje mają zasięg globalny (tj. Nie są zmiennymi składowymi), to:

statyczny oznacza „wewnętrzne powiązanie”. W tym przypadku, ponieważ jest zadeklarowane jako const, może to zostać zoptymalizowane / wstawione przez kompilator. Jeśli pominiesz stałą, kompilator musi przydzielić pamięć w każdej jednostce kompilacji.

Pomijając statyczne wiązanie jest extern domyślnie. Ponownie, już został zapisany przez const Ness - kompilator może zoptymalizować / inline użytkowania. Jeśli upuścisz stałą , otrzymasz błąd wielokrotnie zdefiniowanych symboli w czasie łączenia.

Nie można zadeklarować zmiennej statycznej bez jej definiowania (dzieje się tak, ponieważ modyfikatory klasy magazynu static i extern wzajemnie się wykluczają). Zmienną statyczną można zdefiniować w pliku nagłówkowym, ale spowodowałoby to, że każdy plik źródłowy zawierający plik nagłówkowy miałby swoją prywatną kopię zmiennej, co prawdopodobnie nie było tym, co było zamierzone.

zmienne const są domyślnie statyczne w C ++, ale zewnętrzne C. Więc jeśli używasz C ++, nie ma sensu, jakiej konstrukcji użyć.

(7.11.6 C ++ 2003, a Apexndix C ma próbki)

Przykład porównania źródeł kompilacji / linków jako programu C i 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

Static uniemożliwia innej jednostce kompilacji externowanie tej zmiennej, tak aby kompilator mógł po prostu „wstawić” wartość zmiennej w miejscu jej użycia i nie tworzyć dla niej pamięci.

W drugim przykładzie kompilator nie może założyć, że jakiś inny plik źródłowy nie będzie go extern, więc musi faktycznie gdzieś przechowywać tę wartość w pamięci.

Statyczny zapobiega dodawaniu przez kompilator wielu wystąpień. Staje się to mniej ważne w przypadku ochrony #ifndef, ale zakładając, że nagłówek znajduje się w dwóch oddzielnych bibliotekach, a aplikacja jest połączona, uwzględnione zostaną dwie instancje.