關於 c++ 中 static 的見解

C++的static有兩種用法：面向過程程式設計中的static和麵向物件程式設計中的static。前者應用於普通變數和函式，不涉及類；後者主要說明static在類中的作用。

1.面向過程設計中的static

1.1靜態全域性變數

• 在全域性變數前，加上關鍵字static，該變數就被定義成為一個靜態全域性變數。我們先舉一個靜態全域性變數的例子，如下：

#include <iostream>
using namespace std;

static int n; //定義靜態全域性變數，n的值為 0
void fn()
{
	n++;   //執行之後為21
	cout << n << endl;
}

int main()
{
	n = 20;   //執行後 n 為 20
	cout << n << endl;
	fn();
	return 0;
}
 

靜態全域性變數有以下特點：

• 該變數在全域性資料區分配記憶體；

• 未經初始化的靜態全域性變數會被程式自動初始化為0（自動變數的值是隨機的，除非它被顯式初始化）；

• 靜態全域性變數在宣告它的整個檔案都是可見的，而在檔案之外是不可見的；

• 靜態變數都在全域性資料區分配記憶體，包括後面將要提到的靜態區域性變數。

• 對於一個完整的程式，在記憶體中的分佈情況如下圖：

  1. 程式碼區
  2. 全域性資料區
  3. 堆區
  4. 棧區

一般程式的由new產生的動態資料存放在堆區，函式內部的自動變數存放在棧區。自動變數一般會隨著函式的退出而釋放空間，靜態資料（即使是函式內部的靜態區域性變數）也存放在全域性資料區。全域性資料區的資料並不會因為函式的退出而釋放空間。

• 定義靜態全域性變數還有以下好處：
  • 靜態全域性變數不能被其它檔案所用；
  • 其它檔案中可以定義相同名字的變數，不會發生衝突；

1.2.靜態區域性變數

• 在區域性變數前，加上關鍵字static，該變數就被定義成為一個靜態區域性變數。 我們先舉一個靜態區域性變數的例子，如下：

#include <iostream>
using namespace std;

void fn()
{
	static int n = 10;
	cout << n << endl;
	n++;
}

int main()
{
	fn();  //10
	fn();  //11
	fn();  //12
	return 0;
}
 

通常，在函式體內定義了一個變數，每當程式執行到該語句時都會給該區域性變數分配棧記憶體。但隨著程式退出函式體，系統就會收回棧記憶體，區域性變數也相應失效。但有時候我們需要在兩次呼叫之間對變數的值進行儲存。通常的想法是定義一個全域性變數來實現。但這樣一來，變數已經不再屬於函式本身了，不再僅受函式的控制，給程式的維護帶來不便。
靜態區域性變數正好可以解決這個問題。靜態區域性變數儲存在全域性資料區，而不是儲存在棧中，每次的值保持到下一次呼叫，直到下次賦新值。

• 靜態區域性變數有以下特點：
  • 該變數在全域性資料區分配記憶體；
  • 靜態區域性變數在程式執行到該物件的宣告處時被首次初始化，即以後的函式呼叫不再進行初始化；
  • 靜態區域性變數一般在宣告處初始化，如果沒有顯式初始化，會被程式自動初始化為0；
  • 它始終駐留在全域性資料區，直到程式執行結束。但其作用域為區域性作用域，當定義它的函式或語句塊結束時，其作用域隨之結束；

1.3靜態函式

• 在函式的返回型別前加上static關鍵字,函式即被定義為靜態函式。靜態函式與普通函式不同，它只能在宣告它的檔案當中可見，不能被其它檔案使用。看程式碼

#include <iostream>
using namespace std;

static void fn();  //宣告靜態函式
void main()
{
	fn();
}
void fn()  //定義靜態函式
{
	int n = 10;
	cout << n << endl;
}

• 定義靜態函式的好處：
  • 靜態函式不能被其它檔案所用；
  • 其它檔案中可以定義相同名字的函式，不會發生衝突；

二、面向物件的static關鍵字（類中的static關鍵字）

2.1靜態資料成員

• 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>
using namespace std;

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

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;
}

void main()
{
	Myclass M(1, 2, 3);
	M.GetSum();
	Myclass N(4, 5, 6);
	N.GetSum();
	M.GetSum();

}

• 可以看出，靜態資料成員有以下特點：
  • 對於非靜態資料成員，每個類物件都有自己的拷貝。而靜態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。所以，靜態資料成員的值對每個物件都是一樣的，它的值可以更新；
  • 靜態資料成員儲存在全域性資料區。靜態資料成員定義時要分配空間，所以不能在類宣告中定義。在例子中，語句int Myclass::Sum=0;是定義靜態資料成員；
  • 靜態資料成員和普通資料成員一樣遵從public,protected,private訪問規則；
  • 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；
  • 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＞
  • 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＞
  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 ；
  • 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；
• 同全域性變數相比，使用靜態資料成員有兩個優勢：
  1. 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；
  2. 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；

2.2靜態成員函式

• 與靜態資料成員一樣，我們也可以建立一個靜態成員函式，它為類的全部服務而不是為某一個類的具體物件服務。靜態成員函式與靜態資料成員一樣，都是類的內部實現，屬於類定義的一部分。普通的成員函式一般都隱含了一個this指標，this指標指向類的物件本身，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非靜態資料成員，也無法訪問非靜態成員函式，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>
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
}

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;
}

void main()
{
	Myclass M(1, 2, 3);
	M.GetSum();
	Myclass N(4, 5, 6);
	N.GetSum();
	Myclass::GetSum();
}

• 關於靜態成員函式，可以總結為以下幾點：
  • 出現在類體外的函式定義不能指定關鍵字static；
  • 靜態成員之間可以相互訪問，包括靜態成員函式訪問靜態資料成員和訪問靜態成員函式；
  • 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；
  • 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；
  • 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；
  • 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＞）呼叫類的靜態成員函式。

1. 靜態成員函式可以呼叫非靜態成員函式嗎？

回答：靜態成員函式沒有this指標。所以沒有辦法直接訪問非靜態成員函式。但是如果你要刻意去訪問，當然你可以試試，也是可以的。

2. 非靜態成員函式可以呼叫類的靜態成員函式嗎？

回答：非靜態成員函式含有this指標，當然可以訪問靜態成員函式。