谈谈constexpr,inline和static

constexpr，inline和static可能是C++里最让人迷惑的几个关键词了，如同vector<bool>既不是一个vector，里面也不存放bool一样。当出现组合static constexpr,static inline等这种组合的时候，更是让人摸不着头脑。

constexpr和const的区别

简单来说，const的含义是readonly variable，constexpr代表的是真的constant，用法如同纯C里的#define A 100一样。如果你想要真正的常量,那就请使用constexpr。考虑如下代码

#code 1
    volatile constexpr int a = 5;
    int *p = (int *)&a;
    *p = 100;
    printf("a = %d, *p = %d\n", a, *p);

#code 2

    volatile const int a = 5;
    int *p = (int *)&a;
    *p = 100;
    printf("a = %d, *p = %d\n", a, *p);

gcc-8编译,结果会是

a = 5, p = 100
a = 100 p = 100

constexpr也可以用来修饰函数，表示函数会在编译器被计算，然而constexpr并不一定保证函数会在编译期被计算。这个设计是为了避免仅仅因为编译期计算和运行期计算的细微差别的函数重载。但是这个特性可能会对导致一点编译错误，幸运的是这点错误会在编译期就被编译器拒绝接受如下考虑以下代码

#include <array>

constexpr int foo(int i)
{
    return i + 1;
}
int main()
{
    int i = 5;
    std::array<int,6> bar1;
    std::array<int,foo(5)> bar2;
    // std::array<int,foo(i)> bar3; // error
#define N 6
    std::array<int,N> bar4;
    return 0;
}

foo(i)传入了一个非const变量，所以它的constexpr标识符失效，从而导致std::array<>不能编译。

static

static的毛病在于，它可以用用的范围太广以至于它在修饰不同的东西的时候，带有不同的含义。它主要有几个用处

当static用于面向对象中，即类里面修饰变量和成员函数时，它代表所有对象都共用同一个成员函数和静态数据成员。从这个含义上来讲static和inline有相似之处。在C++11里加入的constexpr加强了static对静态数据成员的功能，现在可以在类内直接初始化constexpr static成员了。
当static被用于全局变量的时候，又分为两种情况。如果是在cpp文件内声明一个static全局变量，那么该变量只在该cpp文件内可见，其他cpp无法访问该变量。当在头文件里定义static全局变量时，每一个包含了该头文件的cpp都会维持一份该全局变量的拷贝，这里和inline完全相反。如果你在头文件里实现了某个函数，并标注为static，那么每一个包含该头文件的cpp都会复制一份该函数。
当static用于函数内部的局部变量时，表示延长该局部变量的生命周期，延长到程序结束为止，但是访问域限制在函数以内，只有函数内部可以修改该变量。

inline

inline的问题在于，它的含义在c++的发展历程中，发生了转变。早期的inline表示建议编译器在这里进行优化，现在编译器基本都会忽略inline，自己选择优化。现在inline的意思已经变成了：在头文件中修饰的变量和函数(包含实现)的时候，每一个引用头文件的cpp文件所持有的该函数/变量，都是同一个函数/变量。

inline现在最大的用处在，如果想要非模板函数在头文件内实现和定义不分离，则必须加上inline，这样在多个引用该函数的cpp文件内，持有的函数都是同一个函数。

static inline 这种把人往死里坑的声明，实际上就等于static，inline会被忽略掉。

下面上一段简单的测试代码

// static.h
#pragma once
inline int i = 5; //result 1
//static int i = 5; //result 2
//static inline i = 5; //result 3 和static相同

// static_test1.h
#pragma once
#include "static.h"

void print_i();

// static_test2.h
#pragma once
#include "static.h"

void print2_i();

// static_test1.cpp

#include <iostream>
#include "static_test1.h"

void print_i()
{
    std::cout<< &i <<"i="<<i<<std::endl;
}

// static_test2.cpp

#include <iostream>
#include "static_test2.h"

void print2_i()
{
    std::cout<< &i <<"i="<<i<<std::endl;
}

// main.cpp

#include <iostream>
#include "static_test1.h"
#include "static_test2.h"

int main()
{
    print_i();
    print2_i();
}

用std=gnu++17编译如下(inline variable是cpp17的规范)

//result
0x55f7d853a070i=5
0x55f7d853a070i=5


//result 2
0x563bd8c61070i=5
0x563bd8c61074i=5

//result 3
0x56270bb4f070i=5
0x56270bb4f074i=5