C++中static、extern、include、inline、constexpr

1. 全局变量¶

变量有定义和声明之分，对于一个变量来说，声明可以多次，但是定义只能由一次。
不允许在函数外部给变量赋值，全局变量在函数外只能定义时初始化（只能 int a = 0;或者int a;C++默认全局变量初始值为0。不能先声明再赋值，比如 int a；a=5；这会报错）

2. static¶

static是静态的意思。用static声明的变量都存在静态区，静态区包括静态全局变量、静态局部变量（作用域只在局部，全局不可见）、全局变量、类内静态成员变量。静态区的所有变量，初始化的时候自动初始化为 0。
static有两个作用：一是限定作用域，二是只初始化一次。

2.1 静态局部变量¶

在修饰局部变量的时候，static 修饰的静态局部变量只执行初始化一次，并且作用域仍然在局部，外部不可见，static延长了局部变量的生命周期，直到程序运行结束以后才释放。

2.2 静态全局变量¶

通常情况下，静态全局变量的声明和定义放在源文件中，并且不能使用extern关键字将静态全局变量导出，因此静态全局变量只能在定义此变量的文件中调用(也就是说同一个名字的静态全局变量，可以在多个源文件中定义不同的值，互不影响，因为他们的作用域只限于文件本身)。
普通全局变量的作用域是整个工程，在头文件中使用extern关键字声明普通全局变量，并在源文件中定义，其他文件中只要使用#include包含声明普通全局变量的头文件，就可以在当前文件中使用普通全局变量。
如果在头文件中声明静态全局变量，静态全局变量在声明的同时会被初始化，如果静态全局没有显示地初始化为默认值，相当于在头文件中同时完成声明和定义，而普通全局变量不能直接定义在头文件中。

2.3 静态普通函数¶

static 修饰一个函数，则这个函数的只能在定义此函数的文件中调用，不能被其他文件调用。(也就是说同一个名字的静态函数，可以在多个源文件中定义不同的实现，互不影响，因为他们的作用域只限于文件本身)

也就是include函数头文件后，必须要在本文件中实现函数的定义，而不能链接阶段去别的文件寻找函数的定义。比如

//a.h
static int func(int a);

//a.cc
#include "a.h"
int func(int a){
    return 10;
}

//b.cc
#include "a.h"
int main(){
 func();//无法调用，必须要在b.cc中重新定义func。去掉a.h中的static就可以调用，因为函数声明默认是extern的。
}

2.4 类中的静态成员变量¶

被 static 修饰的变量属于类变量，可以通过类名.变量名直接引用，而不需要 new 出一个类来，也就是不需要通过具体的对象进行访问。

静态数据成员可以实现多个对象之间的数据共享，它是类的所有对象的共享成员，它在内存中只占一份空间，如果改变它的值，则各对象中这个数据成员的值都被改变。
静态数据成员是在程序开始运行时被分配空间（分配到静态区），到程序结束之后才释放，只要类中指定了静态数据成员，即使不定义对象，也会为静态数据成员分配空间。
静态数据成员可以被初始化，但是只能在类体外进行初始化，若未对静态数据成员赋初值，则编译器会自动为其初始化为 0。
静态成员变量使用前必须先在类外初始化(如 int MyClass::m_nNumber = 0;)，否则会在 linker 时出错。但是如果是const static变量，就可以在类内初始化，因为所有类都有这个变量且不可变。(C++17之前)。C++17 之后，inline可以直接修饰变量（之前只可以修饰函数），可以在类内通过static inline 直接进行声明与初始化，也可以在类内部进行声明，在类外（但是在头文件中）通过inline 进行初始化。其实就是新标准通过inline能够保证类内静态变量只初始化一次，全局共享一份数据，而之前的标准是不允许inline修饰类的静态成员变量的；在c++17开始，constexpr包含inline含义。
1 2 3 4 5 6 7
class MyClass { static inline std::string name = "asda"; // OK since C++17 ... }; inline MyClass myGlobalObj; // OK even if included/defined by multiple CPP files
静态数据成员既可以通过对象名引用，也可以通过类名引用。

2.5 类中的静态成员函数¶

被 static 修饰的方法属于类方法，可以通过类名.方法名直接引用，而不需要 new 出一个类来。 - 类的对象可以使用静态成员函数和非静态成员函数。但是静态成员函数不能调用非静态成员变量（因为非静态成员变量还没有分配内存，实例化后才分配内存） - 类的非静态成员函数可以调用用静态成员函数，但反之不能。 - 非静态成员函数有 this 指针，而静态成员函数没有 this 指针 - 总结：非静态可以调用静态，但是静态不可以调用非静态。

3 extern的用法：¶

extern：告诉编译器，这个变量是外部的，在链接阶段，在别的源文件中寻找其定义。例如：extern int a;显式的说明了a的存储空间是在程序的其他地方分配的，在文件中其他位置或者其他文件中寻找a这个变量。
对于函数来说，不需要显式的指定extern，默认函数就是extern的，所以include函数的头文件后，根据函数的声明可以在函数的源文件中找到其定义。
对于变量来说，需要显示指定extern。如果需要用到其他源文件中的全局变量，那么需要在对应的头文件中添加extern声明。

用法 - 一个c文件需要调用另一个c文件里的变量或者函数，而不能从.h文件中调用变量。 - extern int a = 5与int a = 5意义是一样的，都是定义。而extern int a;是声明。但会产生一条警告（这样extern就失去了原有的意义，是不推荐的用法）。 - 对于函数而言，和引用变量是一样的，如果需要调用其他.c文件中的函数，在文件中的函数声明前加extern即可，不加extern而直接声明函数也可以，因为声明全局函数默认前面带有extern。

3.1 建议用法¶

例如：在a.h里写extern int a;（声明），a.c文件中定义int a = 5，如果要在其他文件里调用a这个变量，直接#include，然后直接使用a这个变量即可。

3.2 extern和include的区别¶

include相当于把include .h文件直接带入到本源文件里，比如在b.c文件里include “a.h”，就相当于把a.h文件里所有定义的变量和函数全部拷贝了一份放入了b.c里，一个项目里，一个.h文件可能会被多个.c源文件包含，这样编译的时候就会报重复定义的错误。而且尽量不要在.h里定义变量，这是一个不好的习惯。

4 inline¶

inline和constexpr都可以多次定义（每个编译单元（cpp文件）定义一次）。因此可以将定义写在头文件中，使用时include该头文件即可，不会报重复定义的错误。

inline表示内联。表示函数或变量全局只有一份，可以有多次定义。 - 以inline修饰的函数，在编译时会在调用内联函数的地方展开，没有函数压栈的开销，提高程序运行效率。inline只是对编译器的一个建议，编译器会自动去优化。inline必须和函数定义放在一起才有作用，放在声明前不起作用。因此，对于内联函数，不能像普通函数那样，直接在.h文件里面声明下，源文件里面定义下，然后其他C文件就可以调用 - 单独定义inline函数最好和static连用。如果inline函数在两个不同的文件中出现，也就是说一个.h被两个不同的文件包含，则会出现重复定义，编译失败。而加上static的前缀后，就解决了这个问题。static可以限制作用域在当前函数定义的文件。即使有多个定义也不冲突。

static修饰的全局函数或者变量每个编译单元都有自己的一份实例（限制定义文件为作用域）。
而inline修饰的全局函数或变量都是共用一份。
对于全局函数/变量而言static inline修饰与单独static修饰的效果一致。
对于类内变量而言，static inline修饰的效果就跟inline的效果一致，全局共享一份；

5 constexpr¶

常量表达式，通常用来定义全局常量，在一个头文件中定义好constexpr常量，可以被多个源文件引入（也就是说每个编译单元（源文件）都可以定义一次inline或constexpr修饰的变量，通常是include含有inline和constexpr的头文件），而不报错。

内联函数和constexpr函数可以在程序中多次定义，但是多个定义必须完全一致，因此内联函数和constexpr函数通常定义在头文件中。
在C++17中constexpr含有inline的声明。
constexpr用来定义全局常量更方便，只需要单独开一个.h文件专门放全局常量即可，其他Cpp文件使用时只需要include该头文件。