C++.Class and Object(3)

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1.override & final(C++ 11)

• override:检查派生类重载函数类型是否与基类对应虚函数一致。

• final:限制虚函数的重写与类的继承。

  • void foo() override final;
  • class subClass final: public baseClass

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2.static

• 静态全局变量(Static Global Variable)

当static用来修饰全局变量或函数时，表示这些变量或函数的作用域仅限于当前的源文件(文件内链接)。

隐藏符号：外部文件无法访问这个变量或函数。 局部化作用域：即使是全局变量，它也只能在声明它的文件中使用。

• 静态局部变量(Static Local Variable)

static修饰的局部变量其作用域依然是局部的，但是其生命周期变为了程序的生命周期。

For example:

void func() {
    static int count = 0;  // 只初始化一次
    count++;
    cout<<count<<endl;
}

auto main() {
    func();
    func();
    func();
}

The result of running:

1
2
3

• 静态成员变量(Static Member Variable)

静态成员变量存储在全局区，非对象的成员内存中，静态成员变量在内存中只有一份拷贝。故静态成员变量的内存区域所有对象共享。

For example:

class Test{
    public:
        static int count;
        Test(){
            count ++;
        }
};

int Test::count = 1 // 在类外定义并初始化静态成员变量

auto main(){
    Test::count = 2;    // 在类外修改静态成员变量的值
    Test test_1;
    test_1.count = 1;   // 可通过类对象访问
    Test test_2;
    cout<<Test::count<<endl;
}

The result of running:2.

• 静态成员函数(Static Member Function)

静态成员函数不依赖于类实例的创建，在对象之间共享。

class MyClass {
public:
    static int count;
    MyClass() { count++; }
    ~MyClass() { count--; }

    static void showCount() {  // 静态成员函数
        cout << "Current object count: " << count << endl;
    }
};

int MyClass::count = 0; // 静态成员变量初始化

auto main(){
    MyClass::showCount();   // 直接通过类名调用，不依赖于实例的构建
    MyClass obj_1;
    MyClass obj_2;
    obj_2.showCount();  // 通过类对象调用
    {
        MyClass obj_3;
        MyClass::showCount();
    }   // destructor was called
    MyClass::showCount();
}

The result of running:

0
1
2
3
2

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3.const

• 全局const变量

const int g = 10;

全局const变量由编译器为其分配内存，储存在全局区的.rodate的只读数据段，不为编译期已知。

For example:

int arr[g];  // ❌ 非法，g 不是编译期常量
constexpr int g2 = 10;  // g2 为编译期时已知
int arr2[g2];  // ✅ 可以

• 局部const变量

若修饰整型变量，通常情况下不会为其分配内存，值在编译时确定，采用Constant Propagation技术，使得const更像宏定义#define，而不是普通的变量。

void func() {
    const int x = 10;
    int y = x + 5;  // 编译器优化：直接替换为 int y = 10 + 5
}

以下情况编译器变量会为局部const变量分配地址，一般储存在栈上。

1. 修饰的局部变量为浮点型变量
   • 浮点类型可能会涉及浮点数运算，因此不为编译期常量。

2. 取地址&运算

3. const成员变量

const成员变量在对象生命周期内不可修改，它们通常用于表示对象的常量属性。必须通过构造函数的初始化列表进行初始化，储存在对象内部内存中。

For example:

class Test {
    public:
        const int val;
        Test(int vals):val(vals) {}
};

auto main(){
    Test test_1(1);
    Test test_2(2);
}

• const成员函数

class Test {
    private:
        int val_1;
        mutable int val_2;
    public:
        void getValue() const {
            return val;
        }
        // 检查不会修改成员变量的值
        void mutValue(int vals) const {
            val_2 = vals;
        }
        // mutable修饰的成员变量可被const成员函数修改
};

1. const修饰的成员函数无法调用非const成员函数。
2. mutable修饰的成员变量可被const成员函数修改。

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4.constexpr

• constexpr修饰符

constexpr修饰符是更为严格的const，规定其修饰的变量(不论是整型还是浮点型)在编译期确定其值。

constexpr变量不会被分配内存，即使对它进行取地址&运算。

由于在编译的时候要确定constexpr变量的值，因此constexpr成员变量必须在类内完成初始化。

constexpr成员变量为实例级常量，必须通过对象访问。

class Test {
    public:
        constexpr double val = 42;
};

auto main(){
    Test test_1;
    Test test_2;
    int val_1 = test_1.val;
    int val_2 = test_2.val;
}

• static const修饰

由于const修饰的整型变量并不强制要求在编译期确定其值，因此在static const修饰下的整型变量既可以在类内完成初始化(不分配内存)，也可以在类外完成初始化(分配内存)。

static const修饰下的浮点变量无法在编译期确定其值，必须在类外完成初始化(分配内存)

static const成员变量为类级常量，可通过类名访问。

class Test {
    public:
        static const int val_1 = 42;    // 在编译期完成初始化
        static const double val_2;  // 无法在编译期完成初始化
};

double Test::val_2 = 43;        //在类外完成定义与初始化

auto main(){
    Test test;
    int val_1 = test.val_1;
    double val_2 = test.val_2;
}

• static constexpr修饰

constexpr强制要求变量在编译期求值，static constexpr成员变量必须在类内完成初始化。

class Test {
    public:
        static const int val_1 = 42;    // 在编译期完成初始化
        static const double val_2;  // 无法在编译期完成初始化
        static constexpr double val_3 = 44; // 在编译期完成初始化
};

double Test::val_2 = 43;        //在类外完成定义与初始化

auto main(){
    Test test;
    int val_1 = test.val_1;
    double val_2 = test.val_2;
    double val_3 = test.val_3;
}

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5.Summary

Index	在编译期求值	分配内存	在类内完成初始化	作用域
static	❌	✅	❌	Class
const	✅局部整型(非强制),❌Other	✅	❌	Object
constexpr	✅	❌	✅	Object
static const	✅整型(非强制),❌Other	✅	✅整型,❌Other	Class
static constexpr	✅	❌	✅	Class

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