c++ - 在 C++1z 中定义全局常量？

Question

在 中声明内存高效全局常量的最佳方法是什么？ C++1z 哪个不做internal linkage ，因此尽管所有 translation units 都使用单个拷贝?

虽然在很多地方都提到过，但我们没有任何单一的“最佳方法”问题和答案，所以就在这里。这是我发现相关问题的部分地方列表。

constexpr global constants in a header file and odr

global declarations/initializations using static, const, constexpr

Global Constants in C++11

Defining global constant in C++

c++ global constants issue

Global Constants vs. Enumeration

Proper way to make a global “constant” in C++

我正在寻找至少适用于所有基本类型的解决方案，例如 int , double , char , std::string .

编辑 1:
最好的方式是，我的意思是“内存高效”。我知道内部链接会为每个翻译单元制作多个拷贝，因此会占用内存。除此之外，如果我们能够实现快速的执行时间和编译时间，那就太好了，代码的美化(容易程度)并不重要。我也知道外部链接会增加获取时间，因为处理器可能会在运行时缓存未命中。但是最新的 C++ 语言是否支持所有这些的最佳方法？或者可能建议支持每个案例？

注:还有什么是最好的方法 std::string全局常量 ?是否存在可变性会对常量性产生任何影响？

Answer 1

概括

在 C++17 中，定义全局常量或全局变量的最简单方法通常是使用 inline variable .您只需将如下一行放入头文件中即可创建一个:

inline const std::string greeting = "Hello!";

如果全局常量是 literal type , 更喜欢使用 inline constexpr (如果 inline 是静态类成员，则它是可选的)而不是 inline const :

inline constexpr std::string_view greeting = "Hello!"sv;

这也适用于变量，但许多优点不再适用，因此您可能需要使用另一种方法:

inline unsigned int score = 0;

细节

一、二主 迪斯 这种方法的优点是:

它在 C++17 之前不起作用，因此如果您需要 C++14 或更早版本的兼容性，则需要做其他事情。 template trick VTT suggests与旧标准兼容，并且应该具有与内联变量相似的语义，但如果您只需要 C++17 支持，则不再需要它。

编译速度比 extern variables 慢一些，因为编译器需要合并多个定义，并且因为优化器可以获得更多信息。如果您可能会更改定义，而不是数据类型，“有点”部分会变成“明显”部分；由于该值现在位于头文件中，这意味着重新编译包含头文件的所有内容，而不仅仅是重新链接。如果您可能需要更改数据类型，则无论如何都需要重新编译。

如果这些对你来说都不重要，我认为这种方法胜过用 external linkage 获得全局常数的其他方法。并且在最终的可执行文件中至多¹一个定义²。

像这样的内联变量只在一个文件中提到，所以很容易改变；这对于只有头文件的库特别有用。这也意味着它在编译时具有可用的值，因此优化器可以看到它并可能消除一些用法。

使用 constexpr
在 C++17 中，静态 constexpr类(class)成员自动 inline ，所以如果你的全局常量应该是一个类的范围的一部分，你可以做类似的事情

constexpr int favorite_number = -3;

否则，您将需要说 constexpr inline ，这应该仍然有效。这将具有上述语义，但也具有 constexpr 通常的优点。 ，所以编译器会知道它可以在编译时尝试做更多的事情。例如:

#include <string_view>

using namespace std::literals;

inline constexpr std::string_view greeting = "Hello!"sv;

inline constexpr int scrabble_points[greeting.size()] = {4, 1, 1, 1, 1, 0};

int main() {
  int total = 0;
  for (int i : scrabble_points) {
    total += i;
  }
  return total;
}

可以使用 constexpr ，但不仅仅是 inline ，因为与 constexpr它知道 greeting.size()是一个编译时常量，可以用作数组的大小。³ 通过优化，这个 could compile to a just a single mov instruction and ret , 不包括字符串或数组的任何拷贝，因为它是不必要的。

使用新的内联语义，之前的所有内容 main可能已经包含在多个位置的头文件中，并且仍然最多只有一个拷贝。

变量

同样的方法通过省略 const 轻松支持可变变量:

inline std::string player_name = "<subject name here>";

这是一个具有外部链接的全局变量。由于它是一个变量，我在 Pete’s answer 上提到的大多数优点消失了，但有些(比如只在一个地方声明变量而不需要链接任何额外的东西)仍然存在。但是，它们可能不值得稍微增加编译时间和缺乏 C++14 兼容性。

¹ 对于 const或 constexpr变量，如果不需要，编译器/优化器可能会完全消除该变量。从理论上讲，它可能会决定将其复制为立即值或其他值；实际上，您可能不应该担心这一点，因为它只有在有充分理由的情况下才会这样做，并且这应该会使最终的可执行文件更小和/或更快。你可以用 -Os 来调整这个而不是 -O3 .

² 每个使用该常量的目标文件仍然会有一个拷贝，但它们会在链接时合并。避免这种情况的唯一方法是使用 extern变量。

³ 即使没有 inline，这个简化的例子也能工作，或者数组只有 const而不是 constexpr ，但这些对于更复杂的现实世界情况很有用。