C ++ 11允许非静态和非const成员的类内初始化。发生了什么变化？

Question 1

在C ++ 11之前，我们只能对整数或枚举类型的静态const成员执行类内初始化。Stroustrup在他的C ++ FAQ中对此进行了讨论，并给出了以下示例：

class Y {
  const int c3 = 7;           // error: not static
  static int c4 = 7;          // error: not const
  static const float c5 = 7;  // error: not integral
};

并进行以下推理：

那么为什么存在这些不便的限制呢？通常在头文件中声明类，并且通常将头文件包含在许多翻译单元中。但是，为避免复杂的链接器规则，C ++要求每个对象都有唯一的定义。如果C ++允许在类中定义需要作为对象存储在内存中的实体，则该规则将被打破。

但是，C ++ 11放宽了这些限制，允许对非静态成员进行类内初始化（第12.6.2 / 8节）：

在非委托构造函数中，如果给定的非静态数据成员或基类未由mem-initializer-id指定（包括由于构造函数没有ctor-initializer而没有mem-initializer-list的情况）并且该实体不是抽象类（10.4）的虚拟基类，则

如果实体是具有brace-or-equal-initializer的非静态数据成员，则按照8.5中的指定进行初始化；

否则，如果实体是变量成员（9.5），则不执行初始化。

否则，该实体为默认初始化（8.5）。

9.4.2节还允许非常量静态成员的类内初始化（如果用说明constexpr符标记）。

那么，我们在C ++ 03中受到限制的原因发生了什么？我们是否只是接受“复杂的链接器规则”，还是进行了其他更改以使其更容易实现？

Question 2

简短的答案是，它们使链接程序保持相同，但代价是使编译器比以前更加复杂。

即，不是导致链接器要定义多个定义，而是仍然只生成一个定义，并且编译器必须对它进行排序。

这也导致程序员要整理出一些更复杂的规则，但是它非常简单，所以没什么大不了的。当您为单个成员指定了两个不同的初始化程序时，就会出现额外的规则：

class X { 
    int a = 1234;
public:
    X() = default;
    X(int z) : a(z) {}
};

现在，这时的额外规则将处理a使用非默认构造函数时用于初始化的值。答案很简单：如果使用未指定任何其他值的构造函数，1234则将使用初始化a-但是，如果使用指定其他值的构造函数，1234则基本上忽略。

例如：

#include <iostream>

class X { 
    int a = 1234;
public:
    X() = default;
    X(int z) : a(z) {}

    friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, X const &x) { 
        return os << x.a;
    }
};

int main() { 
    X x;
    X y{5678};

    std::cout << x << "\n" << y;
    return 0;
}

结果：

1234
5678

Question 3

我猜想推理可能是在模板完成之前编写的。在C ++ 11支持静态模板的类的静态成员的类初始化程序必需的所有“复杂链接器规则”之后。

考虑

struct A { static int s = ::ComputeSomething(); }; // NOTE: This isn't even allowed,
                                                   // thanks @Kapil for pointing that out

// vs.

template <class T>
struct B { static int s; }

template <class T>
int B<T>::s = ::ComputeSomething();

// or

template <class T>
void Foo()
{
    static int s = ::ComputeSomething();
    s++;
    std::cout << s << "\n";
}

在所有三种情况下，编译器的问题都是相同的：它应在哪个转换单元中发出的定义s以及对其进行初始化所需的代码？一种简单的解决方案是将其发送到任何地方，然后让链接程序对其进行整理。这就是链接器已经支持诸如之类的原因的原因__declspec(selectany)。没有它，就不可能实现C ++ 03。这就是为什么没有必要扩展链接器的原因。

坦率地说：我认为旧标准中的推理完全是错误的。

更新

正如Kapil指出的那样，当前标准（C ++ 14）甚至不允许我的第一个示例。无论如何，我都保留了它，因为IMO是实现过程中最困难的情况（编译器，链接器）。我的观点是：即使是这种情况，也没有比例如使用模板时所允许的情况难。

Question 4

从理论上讲，So why do these inconvenient restrictions exist?...原因是有效的，但可以轻松地绕开它，而这正是C ++ 11所做的。

当你有一个文件，它只是包括文件和忽略任何初始化。仅在实例化类时才初始化成员。

换句话说，初始化仍然与构造函数联系在一起，只是表示法有所不同并且更加方便。如果未调用构造函数，则不会初始化值。

如果调用了构造函数，则使用类内初始化（如果存在）初始化值，否则构造函数可以使用自己的初始化覆盖它们。初始化的路径本质上是相同的，即通过构造函数。

从Stroustrup自己在C ++ 11上的常见问题中可以明显看出这一点。