为什么需要定义C++静态数据成员，而不需要非静态数据成员？

Question

我试图理解声明与静态和非静态数据成员的定义之间的区别。抱歉，如果我根本上错过了理解的概念。非常感谢你的解释。

试图理解的代码

class A
{
public:
    int ns; // declare non-static data member.
    static int s; // declare static data member. 
    void foo();
    
};
 
int A::s; // define non-static data member.
// int A::ns; //This gives an error if defined.

void A::foo()
{
    ns = 10;
    s = 5; // if s is not defined this gives an error 'undefined reference'
}

Answer 1

当您声明某一项时，您将告诉编译器声明的名称是存在的，它是什么样的名称(类型、变量、函数等)。定义可以与声明(如类A)一起使用，也可以位于其他地方--编译器和链接器必须在稍后将两者连接起来。

变量或函数定义的关键点是它告诉编译器和链接器这个变量/函数将存在于何处。如果您有一个变量，则需要在内存中为它提供一个位置。如果您有一个函数，则需要在包含函数指令的二进制文件中有一个位置。

对于非静态数据成员，声明也是定义。也就是说，你给了他们一个居住的地方。这个地方在类的每个实例中。每次生成一个新的A对象时，它都会附带一个ns作为其一部分。

另一方面，静态数据成员没有关联的对象。如果没有定义，就会有N个A实例共享相同的s，但是没有地方放置s。因此，C++使您通过定义为它选择一个翻译单元，最常见的是与该标头相对应的源文件。

您可能会认为编译器应该只为它选择一个实例，但由于各种原因，这是行不通的，原因之一是您可以在创建实例之前使用静态数据成员，或者在最后一个实例消失之后使用静态数据成员，或者根本没有实例。

现在你可能会想，为什么编译器和链接器仍然不能自己解决它，而且.实际上，如果您在变量或函数上使用inline，那么实际上会发生什么情况。您可以得到多个定义，但只会选择一个定义。

他说:给他们一个住的地方有点离题。编译器只需要知道当它创建该类的对象时，需要知道给它多少空间，以及该空间的哪个部分是哪个数据成员。您可以将其看作是为您执行定义部分的编译器，因为只有一个地方可以让数据成员居住。

Answer 2

static成员本质上是全局变量，具有与类相关联的特殊名称和访问规则。因此，它们继承了通常全局变量的所有问题。也就是说，在整个C++程序(它是所有翻译单元的联合，也就是.cpp文件)中，每个全局变量都应该有一个定义，仅此而已。

您可以将“变量定义”看作“为变量分配内存的位置”。

但是，类通常定义在包含在多个翻译单元中的头文件(.h/.hpp/etc)中。因此，应该由程序员来指定哪个翻译单元真正定义了变量。注意，由于C++17，我们有inline关键字，它将这一负担分配给编译器，因此要查找“内联变量”。由于历史原因，命名方式很奇怪。

但是，在创建类的实例(即对象)之前，非static成员实际上并不存在。对象生存期和存储持续时间决定了每个成员是如何创建/存储/销毁的。因此，没有必要在类之外的任何地方实际定义它们。

Answer 3

static变量属于类定义。non-static变量属于用类定义创建的实例。

int main()
{
    A::s = 5; // this is ok

    A a;
    a.ns = 5 // this is also ok
}