c++复习自存--变量、常量

static 静态变量用途

一、函数内部 static 局部变量

核心特点

存储在全局静态存储区，不是栈；程序启动分配内存、程序结束才销毁
只初始化1次，首次进入函数执行初始化，后续调用跳过初始化
作用域仍仅限当前函数，外部无法访问

用途

保存函数跨调用的持久状态（计数器、缓存上次结果）

c 复制代码

void count() {
    static int num = 0; // 仅第一次赋值0
    num++;
    printf("%d", num);
}
// 连续调用输出：1 2 3 4...

避免重复创建大数组/结构体，减少栈溢出

二、文件域 static 全局变量（函数外）

核心特点

仍是全局生命周期，但作用域限制在当前.c/.cpp文件
其他源文件无法通过extern访问，实现文件私有

用途

封装模块私有数据，防止多文件命名冲突
实现模块化隔离，仅本文件读写，降低耦合

三、类中 static 成员（C++专属）

1. static 成员变量

不属于某个对象，属于整个类，所有对象共享同一份内存
必须类外初始化
用途：统计类实例总数、全局共享配置（统一参数）

cpp 复制代码

class Student {
public:
    static int cnt; // 所有学生共用计数器
    Student(){ cnt++; }
};
int Student::cnt = 0;

2. static 成员函数

没有this指针，只能访问static成员，不能操作普通成员变量
可直接用类名::函数()调用，无需创建对象
用途：工具类通用方法、操作类全局静态数据

补充：static 修饰函数（文件内）

static void func(){}

函数仅本文件可见，其他文件不能调用，隔离模块接口，防止重名。

组块分隔符

C++14 新增了用单引号表示的组块分隔符（chunking separator）。使用这种分隔符可提高代码的可读性，如下面的初始化语句所示：

cpp 复制代码

int moneyInBank = -70'000; // -70000 
long populationChange = -85'000; // -85000 
long long countryGDPChange = -70'000'000'000; // 
-70 billion 
double pi = 3.141'592'653'59; // 3.14159265359

固定宽度整型

C++11 引入了固定宽度的整型，让您能够以位为单位指定整数的宽度。这些类型为 int8_t 和 unit8_t，分别用于存储 8 位的有符号和无符号整数。您还可能使用 16 位、32 位和 64位的整型，它们为 int16_t、uint16_t、int32_t、uint32_t、int64_t 和 uint64_t。要使用这些类型，必须包含头文件<cstdint>。

使用列表初始化避免缩窄转换错误

使用取值范围较大的变量来初始化取值范围较小的变量时，将面临出现缩窄转换错误的风险，因为编译器必须将大得多的值存储到容量没那么大的变量中，下面是一个这样的示例：

cpp 复制代码

int largeNum = 5000000; 
short smallNum = largeNum; // compiles OK, yet narrowing error

缩窄转换并非只能在整型之间进行，但如果使用 double 值来初始化 float 变量、使用 int 值来初始化 float 或 double 变量，或者使用 float 值来初始化 int 变量，可能导致缩窄转换错误。

有些编译器可能发出警告，但这种警告并不会导致程序无法通过编译。在这种情况下，程序可能在运行阶段出现 bug，

但这种 bug 并非每次运行时都会出现。

为避免这种问题，C++11 引入了列表初始化来禁止缩窄。要使用这种功能，可将用于初始化的变量或值放在大括号（{}）内。列表初始化的语法如下：

cpp 复制代码

int largeNum = 5000000; 
short anotherNum{ largeNum }; // error! Amend types (修改类型)
int anotherNum{ largeNum }; // OK! 
float someFloat{ largeNum }; // error! An int may be narrowed 
float someFloat{ 5000000 }; // OK! 5000000 can be accomodated （该数字刚好能无损存入）

这种功能的作用虽然不明显，但可避免在执行阶段对数据进行缩窄转换导致的 bug：这种 bug 是不合理的初始化导致的，难以发现。

使用 typedef 替换变量类型

C++允许您将变量类型替换为您认为方便的名称，为此可使用关键字 typedef。在下面的示例中，程序员想给 unsigned int 指定一个更具描述性的名称------STRICTLY_POSITIVE_INTEGER：

cpp 复制代码

typedef unsigned int STRICTLY_POSITIVE_INTEGER; 
STRICTLY_POSITIVE_INTEGER numEggsInBasket = 4532;

编译时，第 1 行告诉编译器，STRICTLY_POSITIVE_INTEGER 就是 unsigned int。以后编译器再遇到已定义的类型 STRICTLY_POSITIVE_INTEGER 时，就会将它替换为 unsigned int 并继续编译。

再例如，算法竞赛中常用：

cpp 复制代码

typedef long long ll;
typedef unsigned long long ull;
typedef long double ld;

constexpr 编译期常量表达式

一、核心定义

constexpr：编译期常量表达式 ，修饰的变量/函数能在编译阶段直接算出结果 ，运行时无计算开销。

对比 const：

const：仅代表只读，不一定编译期求值；
constexpr：强制要求值编译时可确定。

二、constexpr 修饰变量

规则

右侧表达式必须是编译期可计算；
类型只能是字面类型（int、long long、double、数组、字面结构体等）；
不能用运行时变量赋值。

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;

// 编译期常量
constexpr int N = 1000;
constexpr ll MOD = 998244353;
constexpr double PI = 3.1415926;

int main() {
    int a = 5;
    // constexpr int x = a; // 报错：a是运行时变量，无法编译期求值
    constexpr int x = N * 2; // OK，全部编译期计算
    int arr[x]; // C++11后，constexpr常量可直接做数组长度
    return 0;
}

和 const 变量区别

cpp 复制代码

int n = rand();
const int c1 = n;   // OK，只读，但运行时才确定值
// constexpr int c2 = n; // 编译报错

三、constexpr 修饰函数（C++11）

C++11 限制

函数体只能单条 return 语句；
参数、返回值必须是字面类型；
调用时传入常量，函数就在编译期计算；传运行时变量则降级为普通函数（运行时计算）。

cpp 复制代码

constexpr int pow2(int x) {
    return x * x;
}

int main() {
    constexpr int res = pow2(10); // 编译期算出100
    int a = 5;
    int b = pow2(a); // 运行时计算
    return 0;
}

C++17 放宽

constexpr 函数允许分支、循环、多语句，写复杂编译期计算。

四、constexpr可让常量声明像函数

cpp 复制代码

constexpr double GetPi() {return 22.0 / 7;}

在一个常量表达式中，可使用另一个常量表达式：

cpp 复制代码

constexpr double TwicePi() {return 2 * GetPi();}

常量表达式看起来像函数，但在编译器和应用程序看来，它们提供了优化可能性。只要编译器能够从常量表达式计算出常量，就可在语句和表达式中可使用常量的地方使用它。

在前面的示例中，TwicePi()是一个常量表达式，它使用了另一个常量表达式 GetPi()。

这可能引发编译阶段优化，即编译器将所有的 TwicePi()都替换为 6.28571，从而避免在代码执行时计算 2×22/7 的值。

五、constexpr 构造函数（编译期对象）

字面类可以用 constexpr 构造，在编译期创建对象：

cpp 复制代码

struct Point {
    int x, y;
    constexpr Point(int a, int b) : x(a), y(b) {}
};

constexpr Point p(3,4); // 编译期构造完成

六、const / constexpr / consteval 简单区分

const：只读，不限定编译期；
constexpr：能编译期算就编译期算，不行就运行时；
consteval(C++20)：强制只能编译期调用，传运行时参数直接报错。

七、注意

常量表达式必须包含简单的实现，并返回简单类型，如整数、双精度浮点数等。在C++14 中，常量表达式可包含决策结构，如 if 和 switch 语句。

使用 constexpr 并不能保证一定会进行编译阶段优化。例如，如果您使用常量表达式来计算用户输入的数字的两倍，由于编译器无法计算这种表达式的结果，因此它们可能忽略关键字 constexpr，进而将常量表达式视为常规函数进行编译。

高精度pi常量

常量 M_PI 提供了精度相当高的 pi 值，您可在程序中使用

这个常量，但必须包含头文件<cmath>。

枚举

在有些情况下，变量只能有一组特定的取值。例如，彩虹不能包含青绿色，指南针的方位不能为"左"。在这些情况下，需要定义这样一种变量，即其可能取值由您指定。为此，可使用关键字 enum 来声明枚举。枚举由一组称为枚举量（emumerator）的常量组成。

在下面的示例中，枚举 RainbowColors 包含彩虹的各种颜色，如 Violet 等枚举量：

cpp 复制代码

enum RainbowColors 
{ 
 Violet = 0, 
 Indigo, 
 Blue, 
 Green, 
 Yellow, 
 Orange, 
 Red 
};

下面的枚举包含基本方位：

cpp 复制代码

enum CardinalDirections 
{ 
 North, 
 South, 
 East, 
 West 
};

可使用枚举来指定变量的类型，这样声明的变量只能取指定的值。因此，如果要声明一个变量，用于存储彩虹的颜色，可以像下面这样做：

cpp 复制代码

RainbowColors MyFavoriteColor = Blue; // Initial value

上述代码声明了变量 MyFavoriteColor，其类型为RainbowColors。这个变量只能取 RainbowColors中指定的值，而不能取其他值。

编译器将枚举量（Voilet 等）转换为整数，每个枚举量都比前一个大 1。您可以指定起始值，如果没有指定，编译器认为起始值为 0，因此 North 的值为 0。

如果愿意，还可通过初始化显式地给每个枚举量指定值。