C++静态常量成员变量与窄化转换的关联及相关使用问题咨询

#include <iostream>

class Foo {
    private:
        int var {92};
    public:
        void bar() {
            char chr {var};
            std::cout << chr << '\n';
        }
};

int main() {
    Foo foo;
    foo.bar();
}

1. 现象产生的原因 #

该现象是C++列表初始化的窄化转换规则和常量表达式判定逻辑共同作用的结果：

• C++标准明确规定，使用{}进行列表初始化时默认禁止窄化转换，GCC默认会对这类操作输出警告，开启-Werror或-pedantic-errors选项时会直接报编译错误。窄化转换有一个合法例外：如果转换的源是常量表达式，且转换后的值完全在目标类型的可表示范围内，就不属于窄化转换。
• 原代码中的var是类的非静态成员，属于每个实例独有的运行期可变变量，哪怕给定了默认初始值92，编译器也无法保证它运行时的实际值不会超出char的取值范围，因此会判定char chr {var};属于非法窄化转换。
• 给var加上static const或static constexpr修饰后，var就变成了编译期可确定值的常量表达式，编译器可以直接判定92完全落在char的常规取值范围内（有符号char为-128_{127，无符号char为0}255），符合窄化转换的例外规则，因此不会触发报错。如果把var的初始值改为130，哪怕加了static constexpr修饰，编译器还是会报窄化错误，刚好可以验证这个逻辑。

2. static const/constexpr成员变量的适用场景 #

• 当某个只读固定值是类所有实例共享的，不需要每个实例单独存储一份时，就可以加static修饰，避免不必要的内存浪费。
• 如果你需要这个值在编译期就能被使用（比如作为模板参数、数组长度、编译期计算的输入），或者希望把计算逻辑提前到编译期优化性能，优先用static constexpr，它隐含了const属性，编译期就能确定值，适用范围最广。
• static const适合两种场景：一是仅需要只读的类共享常量、不需要在编译期上下文使用的情况；二是兼容C++11之前的旧代码，当时constexpr还没有被加入标准。

3. 非静态constexpr成员变量不被允许的原因 #

首先澄清：并不是constexpr成员变量不被允许，而是非静态的constexpr成员变量不符合C++标准要求：

• constexpr修饰的变量要求值必须在编译期就能确定，属于编译期常量。
• 非静态成员变量属于类的每个具体实例，它的初始化时机是运行期实例构造的时候，不同实例可以传入不同的初始值，编译器不可能在编译阶段就确定它的固定值，因此不符合constexpr的要求。
  如果要声明类级别的constexpr常量，必须同时加static修饰，写成static constexpr int var {92};，这样变量属于类本身，不绑定到具体实例，编译期就能确定值，是完全合法的写法。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者spaL