SGI STL笔记（bitset中模板类的静态成员）

STL中提供了bitset，这个数据类型可以认为是vector的简化版本（大小在编译器确定，不能扩展），在这个容器类相对简单，它的成员函数count用来计算bitset中存在的bit位的数量：
（注：_M_do_count是bitset的base class _Base_bitset的实现，在bitset的count中直接调用了该函数）

最开始我以为该函数会针对每个字节使用移位来累计bit位的个数，直到我看到下面红色的代码的部分：

size_t _M_do_count() const {
        size_t __result = 0;
        const unsigned char* __byte_ptr = (const unsigned char*)_M_w;
        const unsigned char* __end_ptr = (const unsigned char*)(_M_w+_Nw);
        while ( __byte_ptr < __end_ptr ) {
          __result += _Bit_count<true>::_S_bit_count[*__byte_ptr];
          __byte_ptr++;
        }
        return __result;
      }

该实现使用了这个_Bit_count模板类的静态成员_S_bit_count来获取每一个字节的bit数，避免了移位计算带来的开销。下面是该模板类和它静态成员的声明：

// structure to aid in counting bits
template<bool __dummy>
struct _Bit_count {
  static unsigned char _S_bit_count[256];
};

template<bool __dummy>
unsigned char _Bit_count<__dummy>::_S_bit_count[] = {
  0, /* 0 */ 1, /* 1 */ 1, /* 2 */ 2, /* 3 */ 1, /* 4 */
...
};

（注：为了节省篇幅，只列出了其中256个元素中的5个）
但是，为什么使用这样繁琐的方式来使用呢？

1）如果直接定义为全局变量：

unsigned char _S_bit_count[] = {
  0, /* 0 */ 1, /* 1 */ 1, /* 2 */ 2, /* 3 */ 1, /* 4 */
};

使用这种方式会导致多个包含bitset.h的文件在链接时出现多重定义的错误。

2）如果定义为静态全局变量：

static unsigned char _S_bit_count[] = {
    0, /* 0 */ 1, /* 1 */ 1, /* 2 */ 2, /* 3 */ 1, /* 4 */
};

这种方式会导致每个包含bitset.h的文件都存在一个副本，浪费空间。

3）如果定义为类的静态成员：

struct _Bit_count {
  static unsigned char _S_bit_count[256];
};

unsigned char _Bit_count::_S_bit_count[] = {
  0, /* 0 */ 1, /* 1 */ 1, /* 2 */ 2, /* 3 */ 1, /* 4 */
};

这种方式有和全局变量一样的问题：多个包含bitset.h的文件链接时会导致多重定义。

以上。

若不使用bitset的count成员函数，编译器不会生成_Bit_count的定义，也就不会定义_Bit_count::_S_bit_count，优化了空间的使用。

根据进一步的测试发现：即使产生了模板类的一个实例，若代码中没有访问该类的静态成员，静态成员并不会初始化。这不知是语言的标准行为还是编译器优化的结果。

测试代码：

#include <iostream>

using namespace std;

class object {
public:
    object(void) { cout << "object() at " << this << endl; }
};

template <int dumb>
class dummy {
public:
    dummy(void) { cout << "dummy() at " << this << endl; }

    static object obj;
};

template <int n>
object dummy<n>::obj;

int main(int argc, char **argv)
{
    cout << "begin" << endl;

    dummy<0> a;

    // 即使已经产生了dummy<0>的定义，若没有访问dummy<0>::obj的代码，dummy<0>::obj依然不会初始化。
// object *p = &a.obj;

    return 0;
}