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C/C++中static再探討

1. C 語言中的static

記憶體佈局:

初始化資料段---.data段
通常將此段稱為資料段,它包含了程式中需賦初值的變數。初始化 的全域性變數和靜態變數存放在這裡 。例如,C程式中任何函式之外的說明:int maxcount = 99; 使此變數以初值存放在初始化資料段中。
a.初始化的全域性變數
b.初始化的靜態變數
非初始化資料段---.bss段
通常將此段稱為bss段,這一名稱來源於早期彙編程式的一個操作符,意思是“block started by symbol(由符號開始的塊)”,未初始化 的全域性變數 和靜態變數存放在這裡。在程式開始執行之前,核心將此段初始化為0。函式外的說明:long sum[1000] ; 使此變數存放在非初始化資料段中。
a.未初始化的全域性變數
b.未初始化的靜態變數
 

static 區域性變數

靜態區域性變數屬於靜態儲存方式,它具有以下特點:
(1)靜態區域性變數 在函式內定義它的生存期為 整個程式生命週期,但是其作用域仍與自動變數相同 ,只能在定義該變數的函式內使用該變數。退出該函式後,儘管該變數還繼續存在,但不能使用它。
(2)對基本型別的靜態區域性變數若在宣告時未賦以初值,則系統自動賦予0值 。而對自動變數不賦初值,則其值是不定的。
根據靜態區域性變數的特點,可以看出它是一種生存期為整個程式生命週期。雖然離開定義它的函式後不能使用,但如再次呼叫定義它的函式時,它又可繼續使用, 而且儲存了前次被呼叫後留下的值。 因此,當多次呼叫一個函式且要求在呼叫之間保留某些變數的值時,可考慮採用靜態區域性變數 。雖然用全域性變數也可以達到上述目的,但全域性變數有時會造成意外的副作用,因此仍以採用區域性靜態變數為宜。
 

static int j;
void fun1()
{
    static int i = 0;
    i++;
}
void fun2()
{
    j = 0;
    j++;
}
void fun3()
{
    int k = 0;
    k++;
}
int main()
{
    for(int k= 0; k < 10; k++)
    {
        fun1();
        fun2();
        fun3();
    }
    return 0;
}

全域性靜態變數j在.bss段(未初始化),全域性靜態變數i在.bss段(初始化為0),區域性變數k在棧上。fun1中將區域性變數改變為靜態之後初始化一次,後面每次進入迴圈之後直接進行++操作,變數i的值不隨函式棧幀的釋放而釋放;fun2中,對全域性變數j的值先進行0賦值再+操作;fun3中k隨棧幀開闢而定義,隨棧幀消退而釋放 。
從以上分析可以看出, 把區域性變數改變為靜態變數後是改變了它的儲存方式即改變了它的生存期 。

static 全域性變數

全域性變數(外部變數)的說明之前再冠以static 就構成了靜態的全域性變數。全域性變數本身就是靜態儲存方式, 靜態全域性變數當然也是靜態儲存方式。 這兩者在儲存方式上並無不同。
這兩者的區別在於:
(1). 非靜態全域性變數 的作用域是整個源程式 ,當一個源程式由多個原始檔組成時,非靜態的全域性變數在各個原始檔中都是有效的。
(2). 而靜態全域性變數 則限制了其作用域,即只在定義該變數的原始檔內有效,在同一源程式的其它原始檔中不能使用它。由於靜態全域性變數的作用域侷限於 一個原始檔內 ,只能為該原始檔內的函式公用, 因此可以避免在其它原始檔中引起錯誤。
從以上分析可以看出,把全域性變數改變為靜態變數後是改變了它的作用域, 限制了它的使用範圍 。

static 函式

如果在一個原始檔中定義的函式,只能被本檔案中的函式呼叫,而不能被同一程式其它檔案中的函式呼叫,這種函式稱為static函式與稱為靜態函式。 
定義一個static函式,只需在函式型別前再加一個“static”關鍵字即可,如下所示:
static 函式型別 函式名(函式引數表) {……}
關鍵字“static”,譯成中文就是“靜態的”,所以內部函式又稱靜態函式。但此處“static”的含義不是指儲存方式,而是指 對函式的作用域僅侷限於本檔案 。
使用內部函式的好處是:不同的人編寫不同的函式時,不用擔心自己定義的函式,是否會與其它檔案中的函式同名,因為同名也沒有關係 。

2. C++中的static

static 資料成員

在類內資料成員的宣告前加上關鍵字static,該資料成員就是類內的靜態資料成員。先舉一個靜態資料成員的例子。

#include <iostream.h>
class Myclass
{
public:
    Myclass(int a,int b,int c);
    void GetSum();
private:
    int a,b,c;
    static int Sum; //宣告靜態資料成員
};
int Myclass::Sum=0; //定義並初始化靜態資料成員
//static int Myclass::Sum = 0; //注意加static, 是錯誤的
Myclass::Myclass(int a,int b,int c)
{
    this->a=a;
    this->b=b;
    this->c=c;
    Sum+=a+b+c;
}
void Myclass::GetSum()
{
    cout<<"Sum="<<Sum<<endl;
}
int main()
{
    Myclass M(1,2,3);
    M.GetSum(); // cout 6
    Myclass N(4,5,6); 
    N.GetSum(); // cout 21
    M.GetSum(); // cout 21
    return 0;
}


可以看出,static資料成員有以下特點:
(1). 對於非static資料成員,每個類物件都有自己的拷貝。而static資料成員被當作是類的成員。無論這個類的物件被定義了多少個,靜態資料成員在程式中也只有一份拷貝 ,由該型別的所有物件共享訪問。也就是說,靜態資料成員是該類的所有物件所共有的。對該類的多個物件來說,靜態資料成員只分配一次記憶體,供所有物件共用。
(2). 靜態資料成員儲存在全域性資料區。靜態資料成員定義時才分配空間,所以不能在類宣告中定義 。在上例中,語句int Myclass::Sum = 0;是定義靜態資料成員;
(3). 靜態資料成員和普通資料成員一樣遵從public,protected,private訪問規則 ;
(4). 因為靜態資料成員在全域性資料區分配記憶體,屬於本類的所有物件共享,所以,它不屬於特定的類物件,在沒有產生類物件時其作用域就可見,即在沒有產生類的例項時,我們就可以操作它;
(5). 靜態資料成員初始化與一般資料成員初始化不同。靜態資料成員初始化的格式為:<資料型別><類名>::<靜態資料成員名>=<值> 如:int Myclass::Sum=0;
(6). 類的靜態資料成員有兩種訪問形式:<類物件名>.<靜態資料成員名> 或 <類型別名>::<靜態資料成員名>
M.Sum = 0 或 Myclass::Sum = 0 (但是上面這個例子是不行的,因為他是private的變數)如果靜態資料成員的訪問許可權允許的話(即public的成員),可在程式中,按上述格式來引用靜態資料成員 ;
(7). 靜態資料成員主要用在各個物件都有相同的某項屬性的時候。比如對於一個存款類,每個例項的利息都是相同的。所以,應該把利息設為存款類的靜態資料成員。這有兩個好處,第一,不管定義多少個存款類物件,利息資料成員都共享分配在全域性資料區的記憶體,所以節省儲存空間。第二,一旦利息需要改變時,只要改變一次,則所有存款類物件的利息全改變過來了;
(8). 同全域性變數相比,使用靜態資料成員有兩個優勢:
a. 靜態資料成員沒有進入程式的全域性名字空間,因此不存在與程式中其它全域性名字衝突的可能性;
b. 可以實現資訊隱藏。靜態資料成員可以是private成員,而全域性變數不能;

static 成員函式

static 成員函式,它為類的全部服務而不是為某一個類的具體物件服務。普通的成員函式一般都隱含了一個this指標,因為普通成員函式總是具體的屬於某個類的具體物件的。通常情況下,this是預設的。如函式fn()實際上是this->fn()。但是與普通函式相比,靜態成員函式由於不是與任何的物件相聯絡,因此它不具有this指標 。從這個意義上講,它無法訪問屬於類物件的no-static資料成員,也無法訪問no-static成員函式,它只能呼叫其餘的靜態成員函式 。下面舉個靜態成員函式的例子。

#include <iostream.h>
using namespace std;
class Myclass
{
public:
    Myclass(int a,int b,int c);
    static void GetSum(); /宣告靜態成員函式
private:
    int a,b,c;
    static int Sum; //宣告靜態資料成員
};
int Myclass::Sum = 0;//定義並初始化靜態資料成員
Myclass::Myclass(int a,int b,int c)
{
    this->a=a;
    this->b=b;
    this->c=c;
    Sum+=a+b+c; //非靜態成員函式可以訪問靜態資料成員
}
    //static void Myclass::GetSum(){...} //加上static是錯誤的
    void Myclass::GetSum() //靜態成員函式的實現
{
//cout<<a<<endl; //錯誤程式碼,a是非靜態資料成員
cout<<"Sum="<<Sum<<endl; //靜態函式是能訪問靜態資料成員
}
int main()
{
    Myclass M(1,2,3);
    M.GetSum();
    Myclass N(4,5,6);
    N.GetSum();
    Myclass::GetSum();
    return 0;
}

關於靜態成員函式,可以總結為以下幾點:
(1). 出現在類體外的函式定義不能指定關鍵字static ;
(2). static成員之間可以相互訪問 ,包括static成員函式訪問static資料成員和訪問static成員函式;
(3). 非靜態成員函式可以任意地訪問靜態成員函式和靜態資料成員;
(4). 靜態成員函式不能訪問非靜態成員函式和非靜態資料成員,只能訪問靜態的 ;
(5). 由於沒有this指標的額外開銷,因此靜態成員函式與類的全域性函式相比速度上會有少許的增長;
(6). 呼叫靜態成員函式,可以用成員訪問操作符(.)和(->)為一個類的物件或指向類物件的指標呼叫靜態成員函式,也可以直接使用如下格式:
<類名>::<靜態成員函式名>(<引數表>)
如:Myclass::GetSum(),呼叫類的靜態成員函式。
但是,一樣要遵從public,protected,private訪問規則 。