静态、非成员或静态非成员函数？

Question

每当我有一些“实用”方向的功能时，我最终都会想知道哪个选项是最好的。例如，在我正在工作的上下文中打印消息结构（自己的或外部的）、一些编码/解码代码或一些有用的转换函数。

我想到的选项是：

1）辅助类/结构中的静态函数。

struct helper
{
    static bool doSomething(...);
};

2）非成员函数。

namespace helper
{
    bool doSomething(...);
}

3）静态非成员函数。

namespace helper
{
    static bool doSomething(...);
}

在某些情况下，可能需要在“实用程序”中初始化或保留状态，因此我选择选项 1 以避免“全局”状态。但是，如果没有需要保留的状态，那么我应该选择选项2还是选项3呢？选项 2 和选项 3 之间有什么实际区别？

需要考虑的重要因素是什么？是否有首选方法来解决这个问题？谢谢！

Answer 1

选项 2 和 3 之间的区别在于，在第二种情况下，该函数将位于翻译单元的内部。如果该函数仅在 cpp 中定义，则应选择此选项（大致相当于未命名命名空间——这是要考虑的第四个选项，同样大致相当于 3）。

如果该函数要由不同的翻译单元使用，那么您应该选择选项 2。该函数将被编译一次（除非您将其标记为 inline 并在标头中提供定义），而选项 3 编译器将在每个翻译单元中创建它的内部副本。

至于选项1，我会避免它。在 Java 或 C# 中，您被迫在任何地方都使用类，并且当操作不能很好地映射到对象范例时，您最终会得到实用程序类。另一方面，在 C++ 中，您可以将这些操作作为独立函数提供，并且无需添加额外的层。如果您选择实用程序类，请不要忘记禁用对象的创建。

函数是否位于类级别或命名空间级别都会影响查找，从而影响用户代码。静态成员函数始终需要使用类名进行限定，除非您位于类作用域内，而将命名空间函数引入作用域有不同的方法。作为一个说明性示例，考虑一堆数学辅助函数和调用代码：

double do_maths( double x ) {
   using namespace math;
   return my_sqrt( x ) * cube_root(x);
}
// alternatively with an utility class:
double do_maths( double x ) {
   return math::my_sqrt(x) * math::cube_root(x);
}

您发现哪一个更容易阅读是另一回事，但我更喜欢前者：在函数中，我可以选择名称空间，然后只关注操作并忽略查找问题。

Answer 2

不要使用类作为命名空间。在命名空间内使用自由（即非成员）函数是最简单的事情。

此外，如果必须在多个翻译单元中使用该函数，则该函数不应是静态的。否则，它将被重复。

使用类作为命名空间是愚蠢的：为什么要创建一个你不会实例化的类？

如果要保留某些状态，则在某个地方有一个全局状态：函数内的静态变量、实用程序全局对象（可能在“私有”命名空间中，或作为翻译单元之一中的静态全局变量）。不要编写未实例化的类。

唉，有 C#/Java 背景的人习惯做这种蠢事，但那是因为他们的语言设计者单方面决定自由函数是邪恶的。是否应该枪杀他们是宗教问题。

最后提醒一句：全局状态应该很少使用。事实上，它将您的代码与全局状态的存在结合在一起，而您无法控制代码何时增长。您应该始终问自己为什么不明确这种耦合。

Answer 3

我将 struct 与静态函数一起使用，因为它比命名空间中的非成员函数提供了更好的隔离性（由于避免了 Koenig 查找）。

举一个我想避免的例子：

namespace Foo
{
      struct A
      {
      };

      void f(const A& a) {}
}

void f(const Foo:A& a) { std::cout << "AAA"; }

int main(void)
{
      Foo::A a;
      f(a); // calls Foo:f
      return 0;
}