C++主题年技巧积累#2——我被static撞了一下腰

51CTO旗下水之真谛（ [url]http://liutiemeng.blog.51cto.com[/url]）出品

 

前传：

         刚刚参加博文视点出版社三周年庆典回来，兴奋之余想到今天尚未更新Blog，因而跑上来更新一下——我尽可能“好好学习，每天上博”。哎呀，今天见到好多名人啊！先是在金戈老师旁边坐下，而后又去问候了久仰大名的孟岩老师，在孟老师的帮助下又找到《Beginning C# Object》的译者，也是本次晚会的摄像师——韩磊老师，你问韩磊唱歌没？没有！歌被欧阳璟（《程序员》的老编，大帅哥！仍是本次年会的摄影师）给唱了。晚会的精彩那没的说，你们等着看视频吧，估计CSDN上不久就会放出来。会间在杨福川的带领下，先是见到了梁晶编辑，而后又见到了亲自为我斧正译文的方舟老师。方舟老师人真不错，几分钟里还抓紧时间教我应该怎么译技术文章，怎么理顺段落、句型，如何重组定语、去掉没必要要的连词……在这里，我深深地向您鞠上一躬，道一声：谢谢！同时也感谢梁编辑的不懈努力！接下来，我有幸见到了博文视点的周筠老师和CSDN的总裁蒋涛先生。过程见还见到了不少平时“只见MSN不见人”的朋友，其中包括帅哥佘广。最后还有机会见到技术专家金旭亮老师。

         庆典参加后，感受博文视点出版社和CSDN（包括《程序员》杂志）真是两个充满激情、活力四射的团队！衷心地祝福博文视点出版社出版更多优秀的技术书籍——就像席间韩磊老师说的：出一本是一本，不糟踏书，人家买书，是真想学东西啊！也祝CSDN和《程序员》杂志越办越红火！

打油诗一首，赠予辛勤工做在出版一线的朋友们，祝大家的2007年万事如意！诗名《日出》，意思是但愿博文视点出版社能“每天出书，每天出好书”——夫，日出，日日出，又日出！

日出

    学海茫茫寻师苦，

    博文乐把众人渡。

    书香满载齐挥桨，

    破浪乘风向日出！

 

小序：

         咳咳，收心啦收心啦！热闹是人家的，知识是本身的。仍是收回心来写本身的技术心得吧。话说“由俭入奢易，由奢入俭难”啊……这话一点不假，连写程序都是这样。像我，之前用惯了语法舒服流畅的C#，再回过头来学C++就深入地体验到了这一点：C#之因此用起来简洁舒服，是由于它把不少应该由程序员本身作的事情（好比分配和释放内存）都替程序员作了。换句话说，C#和C/C++的设计理念是不同的，C/C++假设程序作的一切事情（包括某些事情不去作）都是正确的，相信程序员是聪明人，决不为程序员多作任何事情；C#正好反过来，认为程序员应该不去关心底层这些东西、由程序员关注底层是容易出错的、程序员总会忘记在该分配内存的地方分配内存或者在该释放内存的地方释放内存（微软是怀疑程序员都是傻瓜仍是打算把程序员都培养成傻瓜？），总之，程序员应该更多地去关心架构和实现，而不是这些细枝末节的东西……

         因而，我被培养成了一个彻彻底底的“傻瓜型”程序员。因此，今天也就理所固然地被static关键字撞了一下腰、绊了一个跤。

 

正文：

         一切都源于我在写练习程序时那一瞬间的妄想……

         static关键字？小菜，C#和C++里都有，原理是同样的，会了C#还写不出C++的来？看着！咱这就同样写一个出来！

         先来C#的！

//----------------水之真谛----------------//
//  [url]http://blog.csdn.net/FantasiaX[/url]
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using System;
class Student
{
    public static void Report() // C#中成员方法的声明和定义合二为一
    {
        Console.WriteLine("I am a C# student.");
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Student.Report(); // OK
    }
}

 

         再来C++的！

#include <iostream>

class Student
{
public:
         static void Report()    // C++成员函数的声明和定义亦可合二为一，但决不是上策！
         {
                   std::cout<<"I am a C++ student."<<std::endl;
         }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
         Student::Report(); // OK
         return 0;
}

 

         哈哈！一次编译经过！我说吗，会C#就会C++，没问题的，只是语法结构上稍有不一样。

         接下来再来两个静态成员变量的例子！仍是先写C#的

//----------------水之真谛----------------//
//  [url]http://blog.csdn.net/FantasiaX[/url]
//-----------------------------------------------//

using System;
class Student
{
    public static string Name; // 猜猜在这里C#都作了些什么？
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Student.Name = "Tim";  // OK
        Console.WriteLine(Student.Name);
    }
}

 

         乘胜追击，再来C++的！

#include <iostream>
#include <string>

class Student
{
public:
         static std::string Name;  //猜猜C++在这里作什么了？
};

int main(int argc, char *argv[])
{
         Student::Name = "Tim";  //Error!!!   狂汗~~~ >_<
         std::cout<<Student::Name<<std::endl;
         return 0;
}
         啊~~~居然有错误！这是怎么回事呢？不该该啊~~~C#里明明能行的~~~

         百思不得其解后，拿出《C++ Primer 第四版（中文）》来查阅……果真找到不少有用信息。

l         P.399 Row4-5.         ……static数据成员独立于该类的任意对象而存在……

l         P.399 Row5-6.         ……每一个static数据成员是与类关联的对象，并不与该类的对象关联……

l         P.401 Row1.             ……static数据成员必须在类定义体的外部定义（正好一次）。

注解：数据成员（Data Member）其实就是成员变量。

         上面最有用的信息就是第三条了：原来还须要在类的外部定义一次！因而修改代码为：

#include <iostream>
#include <string>

class Student
{
public:
         static std::string Name;  //猜猜C++在这里作什么了？
};

std::string Student::Name = std::string();  // 类外定义，这句是新添加的。

int main(int argc, char *argv[])
{
         Student::Name = "Tim";  // OK
         std::cout<<Student::Name<<std::endl;
         return 0;
}

 

         问题虽然解决了，但决不能轻易放过这个问题——为何会这样呢？

 

深挖：

         我把目光移到在《C++ Primer》里找到的前两条消息上。第二条与C#一致，说明不了什么问题，第一条却是让人眼前一亮——static数据成员独立于该类的任意对象而存在。果然是这样吗？我得本身动手验证一下：

         先写一个类：

class Student
{
public:
         int Age;
};
         而后执行 std::cout<<sizeof(Student)<<std::endl; 获得的结果是4。

         把类改写成这样：

class Student
{
public:
         int Age;
         unsigned int StudentID;
};
         结果是8——预料之中。

         再改写成：

class Student
{
public:
         int Age;
         unsigned int StudentID;
         double Score;
};
         结果是16——能够理解。

         而后加一个static成员试试——

class Student
{
public:
         int Age;
         unsigned int StudentID;
         double Score;
         static int Amount;
};
         结果仍是16，没有变！原来static的成员数据真的是独立于类空间以外的！

         问题解决了吗？No！不但没有解决，反而增多了，一个问题变成了两个问题——

1.         类所占的空间本质是什么？

2.         类的static数据成员究竟在哪里？

第一个问题彷佛比较好回答：说“类所占的空间”其实欠妥，应该是“类的实例占内存的大小”。

拿上面这个类来讲，它的每个实例中都将包含三个子数据成员（int Age, double Score, double Score），因此会占去16个字节。而这16个字节将会由new操做符在内存中分配出来，并能够在Student类的构造函数去初始化它们——咱们没有显式地初始化它们，因此它们的值是一个由上帝掷骰子得出来的值（使用VC执行的时候若是弹出错误警告，请按Ignore，我获得的Age值是-858993460，阴寿乎？）。

问题回答完了吗？没有！

提问：分配了16个字节的内存说明了什么问题？

回答：说明每一个非static成员变量都有本身的内存，叠加起来占16字节。

提问：每一个非static成员变量都有本身的内存说明了什么问题？

回答：说明为每一个变量都分配了内存（哪儿来的砖？？！！）

提问：为变量分配了内存说明了什么？

回答：说明每一个非static变量不但已经被声明，并且已经被定义了！由于声明变量并不分配内存，只有定义变量的时候才分配内存！

         这才是第一个问题的本质的答案！

 

         第二个问题在《C++ Primer》这本书里就找不到答案了——毕竟是Primer，不是Advanced。因而又祭出宝卷《深刻探索C++对象模型》。一番查阅后，在这里找到半个答案：

l         P. 95 Static Data Members节        Static data members，按其字面意义，被编译器提出于class以外……并被视为一个global变量……每个static data member只有一个实体，存放在程序的data segment之中……

My God! 多么精彩的描述！！第二个问题的答案就是：类的static数据成员会像一个全局（global）变量同样被放在程序的数据段里（谁说大学开的汇编语言课没用来着？？），而不占类实例的内存。

         基于此，咱们能够推敲出至少两点：

1.         类的static数据成员不占类（的实例）的内存，所以这里只是个声明、没有定义。

2.         “被视为”global变量仅仅是“被视为”，并不像声明并定义了一个真正的global变量。

因此，不管怎么说，咱们都欠它一次“定义”——问题完全解决了！

 

多作之过？What’s under the C#’s hood？

         也许你会问：为了一个小小的static，至于吗？我会坚决地告诉你——至于！不只仅是由于它让我闪了腰，更由于咱们做为程序员，要有严谨的态度和钻研的精神！

         最后收拾一把C#——为何它的static成员变量就能够直接使用？

         其实上面已经说过，C#的设计理念是把程序员从时时刻刻记着与内存打交道的繁枝缛节中解放出来，所以C#类中的一句public static string Name;不只仅是一个声明，顺便连定义也作了。

         C#替程序员作的还远不止一个变量的定义。当你试图输出一个没有显式初始化的C#类数据成员（不管是static的仍是非static的），都会获得一个默认的“零”值。在MSDN里有张表格——Default Values Table (C# Reference)，你们能够参阅。简摘以下：

Value type
 Default value
 
bool
 false
 
byte
 0
 
char
 '\0'
 
decimal
 0.0M
 
double
 0.0D
 
enum
 The value produced by the expression (E)0, where E is the enum identifier.
 
float
 0.0F
 
int
 0
 
long
 0L
 
sbyte
 0
 
short
 0
 
struct
 The value produced by setting all value-type fields to their default values and all reference-type fields to null.
 
uint
 0
 
ulong
 0
 
ushort
 0
 

         那么这个“零”值是怎么获得的呢？这又得感谢C#的“多作”了——对于C#类的非static数据成员，C#编译器会在自动添加的实例构造函数中给它们赋上“零”值；而对于C#类的static数据成员，C#编译器会在自动添加的类构造函数中为它们赋“零”值。（注意：最后这一段描述来源于个人记忆，具体出处已无从考证，也许来自某帖子？也许是刘德华上次遭枪杀时那张报纸里的内容？唉……是本身梦中杜撰出来的也说不定，因此请你们多加当心咯）

 

         夜已经很深了……睡觉了。今天的入眠曲是When You Know和The Shadow of Your Smile。

         她……还好吗？

 

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