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C/C++ 中 static 的用法全局變量與局部變量

1. 什么是static?

static 是 C/C++ 中很常用的修飾符，它被用來(lái)控制變量的存儲(chǔ)方式和可見(jiàn)性。

1.1 static 的引入

我們知道在函數(shù)內(nèi)部定義的變量，當(dāng)程序執(zhí)行到它的定義處時(shí)，編譯器為它在棧上分配空間，函數(shù)在棧上分配的空間在此函數(shù)執(zhí)行結(jié)束時(shí)會(huì)釋放掉，這樣就產(chǎn)生了一個(gè)問(wèn)題: 如果想將函數(shù)中此變量的值保存至下一次調(diào)用時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)？ 最容易想到的方法是定義為全局的變量，但定義一個(gè)全局變量有許多缺點(diǎn)，最明顯的缺點(diǎn)是破壞了此變量的訪問(wèn)范圍（使得在此函數(shù)中定義的變量，不僅僅只受此函數(shù)控制）。static 關(guān)鍵字則可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。

另外，在 C++ 中，需要一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象為整個(gè)類而非某個(gè)對(duì)象服務(wù),同時(shí)又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內(nèi)部，對(duì)外不可見(jiàn)時(shí)，可將其定義為靜態(tài)數(shù)據(jù)。

1.2 靜態(tài)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

全局（靜態(tài)）存儲(chǔ)區(qū)：分為 DATA 段和 BSS 段。DATA 段（全局初始化區(qū)）存放初始化的全局變量和靜態(tài)變量；BSS 段（全局未初始化區(qū)）存放未初始化的全局變量和靜態(tài)變量。程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)自動(dòng)釋放。其中BBS段在程序執(zhí)行之前會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)清0，所以未初始化的全局變量和靜態(tài)變量在程序執(zhí)行之前已經(jīng)為0。存儲(chǔ)在靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)的變量會(huì)在程序剛開(kāi)始運(yùn)行時(shí)就完成初始化，也是唯一的一次初始化。

在 C++ 中 static 的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)機(jī)制：靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要在程序一開(kāi)始運(yùn)行時(shí)就必須存在。因?yàn)楹瘮?shù)在程序運(yùn)行中被調(diào)用，所以靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不能在任何函數(shù)內(nèi)分配空間和初始化。

這樣，它的空間分配有三個(gè)可能的地方，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，那里有類的成員函數(shù)定義；三是應(yīng)用程序的 main() 函數(shù)前的全局?jǐn)?shù)據(jù)聲明和定義處。

靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要實(shí)際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數(shù)據(jù)成員）。類聲明只聲明一個(gè)類的"尺寸和規(guī)格"，并不進(jìn)行實(shí)際的內(nèi)存分配，所以在類聲明中寫(xiě)成定義是錯(cuò)誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因?yàn)槟菚?huì)造成在多個(gè)使用該類的源文件中，對(duì)其重復(fù)定義。

static 被引入以告知編譯器，將變量存儲(chǔ)在程序的靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)而非棧上空間，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員按定義出現(xiàn)的先后順序依次初始化，注意靜態(tài)成員嵌套時(shí)，要保證所嵌套的成員已經(jīng)初始化了。消除時(shí)的順序是初始化的反順序。

優(yōu)勢(shì)：可以節(jié)省內(nèi)存，因?yàn)樗撬袑?duì)象所公有的，因此，對(duì)多個(gè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員只存儲(chǔ)一處，供所有對(duì)象共用。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值對(duì)每個(gè)對(duì)象都是一樣，但它的值是可以更新的。只要對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的值更新一次，保證所有對(duì)象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時(shí)間效率。

2. 在 C/C++ 中static的作用

2.1 總的來(lái)說(shuō)

  • （1）在修飾變量的時(shí)候，static 修飾的靜態(tài)局部變量只執(zhí)行初始化一次，而且延長(zhǎng)了局部變量的生命周期，直到程序運(yùn)行結(jié)束以后才釋放。
  • （2）static 修飾全局變量的時(shí)候，這個(gè)全局變量只能在本文件中訪問(wèn)，不能在其它文件中訪問(wèn)，即便是 extern 外部聲明也不可以。
  • （3）static 修飾一個(gè)函數(shù)，則這個(gè)函數(shù)的只能在本文件中調(diào)用，不能被其他文件調(diào)用。static 修飾的變量存放在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)的靜態(tài)變量區(qū)，包括全局靜態(tài)變量和局部靜態(tài)變量，都在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)分配內(nèi)存。初始化的時(shí)候自動(dòng)初始化為 0。
  • （4）不想被釋放的時(shí)候，可以使用static修飾。比如修飾函數(shù)中存放在?？臻g的數(shù)組。如果不想讓這個(gè)數(shù)組在函數(shù)調(diào)用結(jié)束釋放可以使用 static 修飾。
  • （5）考慮到數(shù)據(jù)安全性（當(dāng)程序想要使用全局變量的時(shí)候應(yīng)該先考慮使用 static）。

2.2 靜態(tài)變量與普通變量

靜態(tài)全局變量有以下特點(diǎn)：

  • （1）靜態(tài)變量都在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)分配內(nèi)存，包括后面將要提到的靜態(tài)局部變量;
  • （2）未經(jīng)初始化的靜態(tài)全局變量會(huì)被程序自動(dòng)初始化為0（在函數(shù)體內(nèi)聲明的自動(dòng)變量的值是隨機(jī)的，除非它被顯式初始化，而在函數(shù)體外被聲明的自動(dòng)變量也會(huì)被初始化為 0）；
  • （3）靜態(tài)全局變量在聲明它的整個(gè)文件都是可見(jiàn)的，而在文件之外是不可見(jiàn)的。

優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)全局變量不能被其它文件所用；其它文件中可以定義相同名字的變量，不會(huì)發(fā)生沖突。

（1）全局變量和全局靜態(tài)變量的區(qū)別

  • 1）全局變量是不顯式用 static 修飾的全局變量，全局變量默認(rèn)是有外部鏈接性的，作用域是整個(gè)工程，在一個(gè)文件內(nèi)定義的全局變量，在另一個(gè)文件中，通過(guò) extern 全局變量名的聲明，就可以使用全局變量。
  • 2）全局靜態(tài)變量是顯式用 static 修飾的全局變量，作用域是聲明此變量所在的文件，其他的文件即使用 extern 聲明也不能使用。

2.3 靜態(tài)局部變量有以下特點(diǎn)：

  • （1）該變量在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)分配內(nèi)存；
  • （2）靜態(tài)局部變量在程序執(zhí)行到該對(duì)象的聲明處時(shí)被首次初始化，即以后的函數(shù)調(diào)用不再進(jìn)行初始化；
  • （3）靜態(tài)局部變量一般在聲明處初始化，如果沒(méi)有顯式初始化，會(huì)被程序自動(dòng)初始化為 0；
  • （4）它始終駐留在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)，直到程序運(yùn)行結(jié)束。但其作用域?yàn)榫植孔饔糜?，?dāng)定義它的函數(shù)或語(yǔ)句塊結(jié)束時(shí)，其作用域隨之結(jié)束。

一般程序把新產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存放在堆區(qū)，函數(shù)內(nèi)部的自動(dòng)變量存放在棧區(qū)。自動(dòng)變量一般會(huì)隨著函數(shù)的退出而釋放空間，靜態(tài)數(shù)據(jù)（即使是函數(shù)內(nèi)部的靜態(tài)局部變量）也存放在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)并不會(huì)因?yàn)楹瘮?shù)的退出而釋放空間。

看下面的例子：

實(shí)例

//example: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int k1 = 1; int k2; static int k3 = 2; static int k4; int main() { static int m1 = 2, m2; int i = 1; char*p; char str[10] = "hello"; char*q = "hello"; p = (char *)malloc(100); free(p); printf("棧區(qū)-變量地址 i：%pn", &i); printf("棧區(qū)-變量地址 p：%pn", &p); printf("棧區(qū)-變量地址 str：%pn", str); printf("棧區(qū)-變量地址 q：%pn", &q); printf("堆區(qū)地址-動(dòng)態(tài)申請(qǐng)：%pn", p); printf("全局外部有初值 k1：%pn", &k1); printf(" 外部無(wú)初值 k2：%pn", &k2); printf("靜態(tài)外部有初值 k3：%pn", &k3); printf(" 外靜無(wú)初值 k4：%pn", &k4); printf(" 內(nèi)靜態(tài)有初值 m1：%pn", &m1); printf(" 內(nèi)靜態(tài)無(wú)初值 m2：%pn", &m2); printf(" 文字常量地址：%p, %sn", q, q); printf(" 程序區(qū)地址：%pn", &main); return 0; }

輸出結(jié)果如下：

3. static 用法

3.1 在 C++ 中

static 關(guān)鍵字最基本的用法是：

  • 1、被 static 修飾的變量屬于類變量，可以通過(guò)類名.變量名直接引用，而不需要 new 出一個(gè)類來(lái)
  • 2、被 static 修飾的方法屬于類方法，可以通過(guò)類名.方法名直接引用，而不需要 new 出一個(gè)類來(lái)

被 static 修飾的變量、被 static 修飾的方法統(tǒng)一屬于類的靜態(tài)資源，是類實(shí)例之間共享的，換言之，一處變、處處變。

在 C++ 中，靜態(tài)成員是屬于整個(gè)類的而不是某個(gè)對(duì)象，靜態(tài)成員變量只存儲(chǔ)一份供所有對(duì)象共用。所以在所有對(duì)象中都可以共享它。使用靜態(tài)成員變量實(shí)現(xiàn)多個(gè)對(duì)象之間的數(shù)據(jù)共享不會(huì)破壞隱藏的原則，保證了安全性還可以節(jié)省內(nèi)存。

靜態(tài)成員的定義或聲明要加個(gè)關(guān)鍵 static。靜態(tài)成員可以通過(guò)雙冒號(hào)來(lái)使用即 <類名>::<靜態(tài)成員名>。

3.2 靜態(tài)類相關(guān)

通過(guò)類名調(diào)用靜態(tài)成員函數(shù)和非靜態(tài)成員函數(shù):
class Point { public: void init() { } static void output() { } }; void main() { Point::init(); Point::output(); }

報(bào)錯(cuò)：

'Point::init' : illegal call of non-static member function

結(jié)論 1：不能通過(guò)類名來(lái)調(diào)用類的非靜態(tài)成員函數(shù)。

通過(guò)類的對(duì)象調(diào)用靜態(tài)成員函數(shù)和非靜態(tài)成員函數(shù)。

class Point { public: void init() { } static void output() { } }; void main() { Point pt; pt.init(); pt.output(); }

編譯通過(guò)。

結(jié)論 2：類的對(duì)象可以使用靜態(tài)成員函數(shù)和非靜態(tài)成員函數(shù)。

在類的靜態(tài)成員函數(shù)中使用類的非靜態(tài)成員。

#include <stdio.h> class Point { public: void init() { } static void output() { printf("%dn", m_x); } private: int m_x; }; void main() { Point pt; pt.output(); }

編譯出錯(cuò)：

error C2597: illegal reference to data member 'Point::m_x' in a static member function

因?yàn)殪o態(tài)成員函數(shù)屬于整個(gè)類，在類實(shí)例化對(duì)象之前就已經(jīng)分配空間了，而類的非靜態(tài)成員必須在類實(shí)例化對(duì)象后才有內(nèi)存空間，所以這個(gè)調(diào)用就出錯(cuò)了，就好比沒(méi)有聲明一個(gè)變量卻提前使用它一樣。

結(jié)論3：靜態(tài)成員函數(shù)中不能引用非靜態(tài)成員。

在類的非靜態(tài)成員函數(shù)中使用類的靜態(tài)成員。

class Point { public: void init() { output(); } static void output() { } }; void main() { Point pt; Pt.init(); pt.output(); }

編譯通過(guò)。

結(jié)論 4：類的非靜態(tài)成員函數(shù)可以調(diào)用用靜態(tài)成員函數(shù)，但反之不能。

使用類的靜態(tài)成員變量。

#include <stdio.h> class Point { public: Point() { m_nPointCount++; } ~Point() { m_nPointCount--; } static void output() { printf("%dn", m_nPointCount); } private: static int m_nPointCount; }; void main() { Point pt; pt.output(); }

按 Ctrl+F7 編譯無(wú)錯(cuò)誤，按 F7 生成 EXE 程序時(shí)報(bào)鏈接錯(cuò)誤。

error LNK2001: unresolved external symbol "private: static int Point::m_nPointCount" (?m_nPointCount@Point@@0HA)

這是因?yàn)轭惖撵o態(tài)成員變量在使用前必須先初始化。

在 main() 函數(shù)前加上 int Point::m_nPointCount = 0; 再編譯鏈接無(wú)錯(cuò)誤，運(yùn)行程序?qū)⑤敵?1。

結(jié)論 5：類的靜態(tài)成員變量必須先初始化再使用。

思考總結(jié)：靜態(tài)資源屬于類，但是是獨(dú)立于類存在的。從 J 類的加載機(jī)制的角度講，靜態(tài)資源是類初始化的時(shí)候加載的，而非靜態(tài)資源是類實(shí)例化對(duì)象的時(shí)候加載的。 類的初始化早于類實(shí)例化對(duì)象，比如 Class.forName("xxx") 方法，就是初始化了一個(gè)類，但是并沒(méi)有實(shí)例化對(duì)象，只是加載這個(gè)類的靜態(tài)資源罷 了。所以對(duì)于靜態(tài)資源來(lái)說(shuō)，它是不可能知道一個(gè)類中有哪些非靜態(tài)資源的；但是對(duì)于非靜態(tài)資源來(lái)說(shuō)就不一樣了，由于它是實(shí)例化對(duì)象出來(lái)之后產(chǎn)生的，因此屬于類的這些東西它都能認(rèn)識(shí)。所以上面的幾個(gè)問(wèn)題答案就很明確了：

  • 1）靜態(tài)方法能不能引用非靜態(tài)資源？不能，實(shí)例化對(duì)象的時(shí)候才會(huì)產(chǎn)生的東西，對(duì)于初始化后就存在的靜態(tài)資源來(lái)說(shuō)，根本不認(rèn)識(shí)它。
  • 2）靜態(tài)方法里面能不能引用靜態(tài)資源？可以，因?yàn)槎际穷惓跏蓟臅r(shí)候加載的，大家相互都認(rèn)識(shí)。
  • 3）非靜態(tài)方法里面能不能引用靜態(tài)資源？可以，非靜態(tài)方法就是實(shí)例方法，那是實(shí)例化對(duì)象之后才產(chǎn)生的，那么屬于類的內(nèi)容它都認(rèn)識(shí)。

（static 修飾類：這個(gè)用得相對(duì)比前面的用法少多了，static 一般情況下來(lái)說(shuō)是不可以修飾類的， 如果 static 要修飾一個(gè)類，說(shuō)明這個(gè)類是一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類（注意 static 只能修飾一個(gè)內(nèi)部類），也就是匿名內(nèi)部類。像線程池 ThreadPoolExecutor 中的四種拒絕機(jī)制 CallerRunsPolicy、AbortPolicy、DiscardPolicy、 DiscardOldestPolicy 就是靜態(tài)內(nèi)部類。靜態(tài)內(nèi)部類相關(guān)內(nèi)容會(huì)在寫(xiě)內(nèi)部類的時(shí)候?qū)ｉT講到。）

3.3 總結(jié)：

  • （1）靜態(tài)成員函數(shù)中不能調(diào)用非靜態(tài)成員。
  • （2）非靜態(tài)成員函數(shù)中可以調(diào)用靜態(tài)成員。因?yàn)殪o態(tài)成員屬于類本身，在類的對(duì)象產(chǎn)生之前就已經(jīng)存在了，所以在非靜態(tài)成員函數(shù)中是可以調(diào)用靜態(tài)成員的。
  • （3）靜態(tài)成員變量使用前必須先初始化(如 int MyClass::m_nNumber = 0;)，否則會(huì)在 linker 時(shí)出錯(cuò)。

一般總結(jié)：在類中，static 可以用來(lái)修飾靜態(tài)數(shù)據(jù)成員和靜態(tài)成員方法。

靜態(tài)數(shù)據(jù)成員

  • （1）靜態(tài)數(shù)據(jù)成員可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)對(duì)象之間的數(shù)據(jù)共享，它是類的所有對(duì)象的共享成員，它在內(nèi)存中只占一份空間，如果改變它的值，則各對(duì)象中這個(gè)數(shù)據(jù)成員的值都被改變。
  • （2）靜態(tài)數(shù)據(jù)成員是在程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)被分配空間，到程序結(jié)束之后才釋放，只要類中指定了靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，即使不定義對(duì)象，也會(huì)為靜態(tài)數(shù)據(jù)成員分配空間。
  • （3）靜態(tài)數(shù)據(jù)成員可以被初始化，但是只能在類體外進(jìn)行初始化，若未對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員賦初值，則編譯器會(huì)自動(dòng)為其初始化為 0。
  • （4）靜態(tài)數(shù)據(jù)成員既可以通過(guò)對(duì)象名引用，也可以通過(guò)類名引用。

靜態(tài)成員函數(shù)

  • （1）靜態(tài)成員函數(shù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)成員一樣，他們都屬于類的靜態(tài)成員，而不是對(duì)象成員。
  • （2）非靜態(tài)成員函數(shù)有 this 指針，而靜態(tài)成員函數(shù)沒(méi)有 this 指針。
  • （3）靜態(tài)成員函數(shù)主要用來(lái)方位靜態(tài)數(shù)據(jù)成員而不能訪問(wèn)非靜態(tài)成員。

再給一個(gè)利用類的靜態(tài)成員變量和函數(shù)的例子以加深理解，這個(gè)例子建立一個(gè)學(xué)生類，每個(gè)學(xué)生類的對(duì)象將組成一個(gè)雙向鏈表，用一個(gè)靜態(tài)成員變量記錄這個(gè)雙向鏈表的表頭，一個(gè)靜態(tài)成員函數(shù)輸出這個(gè)雙向鏈表。

實(shí)例

#include <stdio.h> #include <string.h> const int MAX_NAME_SIZE = 30; class Student { public: Student(char *pszName); ~Student(); public: static void PrintfAllStudents(); private: char m_name[MAX_NAME_SIZE]; Student *next; Student *prev; static Student *m_head; }; Student::Student(char *pszName) { strcpy(this->m_name, pszName); //建立雙向鏈表，新數(shù)據(jù)從鏈表頭部插入。 this->next = m_head; this->prev = NULL; if (m_head != NULL) m_head->prev = this; m_head = this; } Student::~Student ()//析構(gòu)過(guò)程就是節(jié)點(diǎn)的脫離過(guò)程 { if (this == m_head) //該節(jié)點(diǎn)就是頭節(jié)點(diǎn)。 { m_head = this->next; } else { this->prev->next = this->next; this->next->prev = this->prev; } } void Student::PrintfAllStudents() { for (Student *p = m_head; p != NULL; p = p->next) printf("%sn", p->m_name); } Student* Student::m_head = NULL; void main() { Student studentA("AAA"); Student studentB("BBB"); Student studentC("CCC"); Student studentD("DDD"); Student student("MoreWindows"); Student::PrintfAllStudents(); }

程序?qū)⑤敵觯?/p>

原文地址：https://www.cnblogs.com/33debug/p/7223869.html

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