C++ 如何初始化静态类成员（静态成员必须在.cpp文件中初始化）

一般来说，关于C++类静态成员的初始化，并不会让人感到难以理解，但是提到C++ 静态成员的"类内初始化"那就容易迷糊了。

我们来看如下代码：

 1 //example.h
 2 #include<iostream>
 3 #include<vector>
 4 using namespace std;
 5 
 6 class Example{
 7 public:
 8     static double rate = 6.5;
 9     static const int vecSize = 20;
10     static vector<double> vec(vecSize);
11 };
12 
13 //example.cpp
14 #include "example.h"
1516 double Example::rate;
17 vector<double> Example::vec;
18

我们需要判断上面的静态数据成员的声明和定义有没有错误，并解释原因。

首先，要谨记：通常情况下，不应该在类内部初始化成员，无论是否为静态成员。

其次，若一定要在类内初始化静态成员，那么就必须满足如下条件才行：

1） 静态成员必须为字面值常量类型的constexpr。

      所谓的字面值类型就是通常遇到的：算术类型，引用，指针等。字面值常量类型就是const型的算术类型，引用，指针等。

      所谓的constexpr，就是常量表达式，指值不会改变且在编译过程中就能得到计算结果的表达式。比如字面值，或者用常量表达式初始化的const对象也是常量表达式。为了帮助用户检查自己声明/定义的变量的值是否为一个常量表达式，C++11新规定，允许将变量声明为constexpr类型，以便由编译器来进行验证变量是否为常量表达式。

2）给静态成员提供的初始值，必须为常量表达式

注意：在C++ primer 第五版中说：只能给静态成员提供const 整数类型的类内初始值，且该const整数类型的初始值必须是常量表达式。我觉得是有误的！详情见后面分析。

有了这两条原则，我们就可以对上面的代码进行验证了。

1）static double rate = 6.5; 

显然不满足第一条：因为rate不是常量类型。改成constexprt static const double rate = 6.5即可

从这里也可以看出初始值不一定必须为const 整数类型。

ps: 如果我们不再这里加入constexprt修饰符的话，编译器会提示错误：error: ‘constexpr’ needed for in-class initialization of static data member ‘const double Example::rate’ of non-integral type [-fpermissive]
大体意思就是，对于非const整数类型的初始值，如果它是常量表达式的话，我们需要手工在前面添加修饰符constexprt。

至于Example.cpp文件中的定义部分，由于我们已经在类内部进行了初始化，就不需要再在类外部进行定义了。如果非要定义的话，必须采用如下格式：

//example.cpp

constexpr const double Example::rate;  //其中的const是可以删除的，因为constexprt本身就包含了const

2）static const int vecSize = 20;

vecSize是const int类型的，且为常量表达式——满足第一条；提供的初始值为20，是一个常量表达式——满足第二条！且由于是const int型的，前面可以不用修饰符constexpr。

3）static vector<double> vec(vecSize);

错误！vector是模板不是字面值常量类型，所以不满足第一条。应该改为 static vector<double> vec; //仅仅且只能进行声明，不能定义

然后在Example.cpp中进行定义：

static vector<double> vec(Example::vecSize);

现在我们可以在Example.cpp中添加测试代码进行测试了：

 1 #include "example.h"
 2 vector<double> Example::vec(Example::vecSize);
 3 constexpr const double Example::rate;
 4 
 5 int main(){
 6 
 7     Example::vec.push_back(10.5);
 8     cout << Example::vec.back() << endl;
 9     cout << Example::rate << endl;
10     cout << Example::vecSize << endl;
11 }

执行结果：

wanchouchou@wanchouchou-virtual-machine:~/c++/7.5$ ./Example 
10.5
6.5
20

/************************************************************

我们定义如下类：

//A.h
class A
{
private:
    static const int m = 5;
    static int n;
    static vector<int> buf;
};

其中包含三个私有的静态类成员，C++规定const静态类成员可以直接初始化，其他非const的静态类成员需要在类声明以外初始化，我们一般选择在类的实现文件中初始化，初始化的方式是书写一遍类型的定义：

//A.cpp
int A::n;                 //不指定任何初始值，系统自动初始化为0
vector<int> A::buf;       //调用vector的默认构造函数来初始化
                            //注意：调用默认构造函数时，不要使用括号，否则编译器将把A::buf()当做静态成员函数，
                            //但是A::buf()实际没有被声明，所以编译器将报错

 或者：

//A.cpp
int A::n(9);              //使用字面量9来初始化n
vector<int> A::buf(100);  //调用vector的带参构造函数来初始化

对于更复杂的情形 ，如没有构造函数可以调用（比如单例模式实现的类），或者需要多步骤才能完成的初始化怎么办？
假设有一个类S实现了单例模式，S的实例是通过调用S的静态方法S::GetInstance()来获得的，现在定义一个包含S作为静态成员的类：

//B.h
class B
{
private:
    static S s;
};

 按照前面的介绍，我们或许应该以下面这种方式初始化s：

//B.cpp
#include <B.h>
S B::s;  //编译器会报错，因为S没有可以调用的构造函数

 解决方法是定义一个静态方法，负责初始化静态成员s：

//B.h
class B
{
public:
    static S Init();
private:
    static S s;
};

//B.cpp
#include <B.h>
S B::Init()
{
    ....
    return S::Instance();
}
S B::s = B::Init();            //调用静态函数初始化静态成员

上例中，为了初始化类B的静态 成员s，我们定义了一个公有的静态方法Init()，它可以很好的工作。但是，在现实的工程中，我们很可能碰到更进一步的要求，就是希望Init()仅仅作为静态变量s的初始化器使用，而不能使用在程序中别的地方，但是我们又不能把Init()声明为private，这样Init()就不能被调用来初始化s了。解决的方法是使用内部类：

//B.h

class B
{
private:
    class C
    {
    public:
        static S InitB();
    };
    static S s;
};

//B.cpp
S B::C::InitB()
{
    ....
    return S::Instance();
}
S B::s = B::C::InitB();         //调用内部类的静态成员函数来初始化静态数据成员

因为C是B的内部类，C仅在B的作用域范围内可见，如果程序的其他地方调用了B::C::InitB()，编译器将报错，因为C不可访问。 

最后说一下，从初始化的方式可以看出来，类的静态数据成员其实就是“带类名”的全局变量。

静态数据成员必须显式初始化，否则在类方法中操作该成员时，将报链接错误 undefined reference to `A::buf' (gcc中)