Статическая, нечленная или статическая нечленная функция?

Разница между вариантами 2 и 3 в том, что во втором случае функция будет внутренней по отношению к единице перевода. Если функция определена только в cpp, это должен быть вариант (который примерно эквивалентен безымянному пространству имен — это четвертый вариант для рассмотрения, опять же примерно эквивалентный 3).

Если функция должна использоваться разными единицами перевода, вам следует выбрать вариант 2. Функция будет скомпилирована один раз (если вы не пометите ее как inline и не предоставите определение в заголовке), а с вариантом 3 компилятор создаст ее. внутренняя копия в каждой единице перевода.

Что касается варианта 1, я бы его избегал. В Java или C# вы вынуждены использовать классы везде, и в итоге вы получаете служебные классы, когда операции не соответствуют объектной парадигме. С другой стороны, в C++ вы можете предоставить эти операции как автономные функции, и нет необходимости добавлять дополнительный уровень. Если вы выберете служебный класс, не забудьте отключить создание объектов.

Независимо от того, находятся ли функции на уровне класса или пространства имен, это повлияет на поиск, и это повлияет на пользовательский код. Статические функции-члены необходимо всегда уточнять с помощью имени класса, если только вы не находитесь внутри области действия класса, хотя существуют разные способы включения функций пространства имен в область видимости. В качестве наглядного примера рассмотрим набор математических вспомогательных функций и вызывающий код:

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);
}

Какой из них вам легче читать, это отдельная история, но я предпочитаю первый: внутри функции я могу выбрать пространство имен, а затем просто сосредоточиться на операциях и игнорировать проблемы поиска.

Не используйте классы в качестве пространств имен. Использование свободной (т.е. не являющейся членом) функции внутри пространства имен — это самая простая вещь.

Более того, функция не должна быть статической, если ее нужно использовать в нескольких единицах перевода. В противном случае он будет дублироваться.

Использование классов в качестве пространства имен глупо: зачем создавать класс, экземпляр которого вы не создадите?

Если какое-то состояние должно быть сохранено, то где-то должно быть глобальное состояние: статическая переменная внутри функции, глобальный объект утилиты (возможно, в «частном» пространстве имен или как статическая глобальная переменная в одной из ваших единиц перевода). Не пишите классы, которые вы не создаете.

Увы, люди с опытом работы на C#/Java привыкли делать эту глупость, но это потому, что разработчики их языков в одностороннем порядке решили, что бесплатные функции — это зло. Расстреливать их или нет - вопрос религии.

В качестве последнего предостережения: глобальное состояние следует использовать редко. Действительно, он связывает ваш код с существованием глобального состояния таким образом, что вы не контролируете, когда код растет. Вы всегда должны спрашивать себя, почему вы не делаете эту связь явной.

Я использую struct со статическими функциями, потому что она предлагает немного лучшую изоляцию, чем функции, не являющиеся членами в пространствах имен (из-за отсутствия поиска Кенига).

Чтобы привести пример того, чего я хочу избежать:

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;
}