c++ 类中的静态 const 和 const 变量在存储方面是否存在差异

Question

这是我拥有的代码的 sn-p：

class modbus {
public:
  static const uint8_t modbusHeader = 2;
  static const uint8_t modbusCRC = 2;
  static const uint8_t modbusPDU = modbusHeader + modbusCRC;
  static const uint8_t exceptionBase = 0x80;
  static const uint32_t transmitTimeout = 5000;
};

它为我需要在类中创建的 modbus 数据包定义了一些大小。我在嵌入式环境中工作，因此始终存在尺寸优化和考虑因素。因此，我真的希望在闪存的只读部分中只出现一次这些常量值。

我选择将这些变量设置为static，但这有必要吗？编译器是否会推断这些值只需要在二进制文件中保存一次，因此当我删除 static 关键字时只包含一次？

Answer 1

我想，从技术上讲，如果编译器知道您从未在 modbus 上执行过 sizeof，并且从未通过不同的 modbus* 指针获取这些成员的地址，并且知道它们只是用完全相同的平凡值初始化，它可能使用“as-if”规则将它们合并为一个，并在存储方面将它们从类中删除。 （如果它不能保证其中之一，就会违反语言规则。）

但这是一项艰巨的任务（特别是当您考虑多个翻译单元时），并且不会真正有用。

所以没有。我不认为这会发生。

你确实应该把这些东西做成static const（也许还有一些constexpr）。

Answer 2

代码

#include <cstdint>

class modbus {
public:
  static const uint8_t modbusHeader = 2;
};

int main() {
    return modbus::modbusHeader;
}

结果

main:
        pushq   %rbp
        movq    %rsp, %rbp
        movl    $2, %eax
        popq    %rbp
        ret

和

#include <cstdint>

class modbus {
public:
  const uint8_t modbusHeader = 2;
};

int main() {
    return modbus().modbusHeader;
}

结果

modbus::modbus() [base object constructor]:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     QWORD PTR [rbp-8], rdi
        mov     rax, QWORD PTR [rbp-8]
        mov     BYTE PTR [rax], 2
        nop
        pop     rbp
        ret
main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        mov     BYTE PTR [rbp-1], 0
        lea     rax, [rbp-1]
        mov     rdi, rax
        call    modbus::modbus() [complete object constructor]
        movzx   eax, BYTE PTR [rbp-1]
        movzx   eax, al
        leave
        ret

至少这里有很大的不同。我使用 g++ 9.2 和 -O0

Answer 3

如果你坚持使用 C++，你必须const-qualify 类的一个对象，而不是类的成员。然后，您必须确保具有静态存储持续时间的 const 变量以您给定目标的闪存结束。通常，工具链有一个名为“flash-something”的构建。它与链接器而不是编译器有关。如果该部分正常工作，则该类的对象是否为static 无关紧要，只要该对象在文件范围内声明（静态存储持续时间）。

你不应该做的是，只对 const 限定类成员，而不是它们所在的对象。因为这可能会导致静默 C++ 膨胀以由调用的默认构造函数的形式保留在可执行文件中“阴极射线管”。您可以通过单步执行 CRT 中处理调用具有静态存储持续时间的对象的构造函数的部分来验证这一点。

至于让成员static，你应该只需要为了像单身这样的目的这样做，而不是为了让成员最终成为flash。