C++中的static

簡介

　　C++的static有兩種用法：面向過程程式設計中的static和面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。

面向過程設計中的static

　　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：

　　//Example 1

　　#include <iostream.h>

　　void fn();

　　static int n; //定義靜態全域性變數

　　void main()

　　{ n=20;

　　cout<<n<<endl;

　　fn();

　　}

　　void fn()

　　{ n++;

　　cout<<n<<endl;

　　}

　　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：

　　程式碼區 //low address

　　全域性資料區

　　堆區

　　棧區 //high address

　　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。細心的讀者可能會發現，Example 1中的程式碼中將

　　static int n; //定義靜態全域性變數

　　改為

　　int n; //定義全域性變數

　　程式照樣正常執行。

　　的確，定義全域性變數就可以實現變數在檔案中的共享，但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；

　　您可以將上述示例程式碼改為如下：

　　//Example 2//File1

　　#include <iostream.h>

　　void fn();

　　static int n; //定義靜態全域性變數

　　void main()

　　{ n=20;

　　cout<<n<<endl;

　　fn();

　　}

　　//File2

　　#include <iostream.h>

　　extern int n;

　　void fn()

　　{ n++;

　　cout<<n<<endl;

　　}

　　編譯並執行Example 2，您就會發現上述程式碼可以分別通過編譯，但執行時出現錯誤。 試著將

　　static int n; //定義靜態全域性變數

　　改為

　　int n; //定義全域性變數

　　再次編譯執行程式，細心體會全域性變數和靜態全域性變數的區別。

　　注意：全域性變數和全域性靜態變數的區別

　　1）全域性變數是不顯式用static修飾的全域性變數，但全域性變數預設是靜態的，作用域是整個工程，在一個檔案內定義的全域性變數，在另一個檔案中，通過extern 全域性變數名的宣告，就可以使用全域性變數。

　　2）全域性靜態變數是顯式用static修飾的全域性變數，作用域是所在的檔案，其他的檔案即使用extern宣告也不能使用。

　　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：

　　//Example 3

　　#include <iostream.h>

　　void fn();

　　void main()

　　{ fn();

　　fn();

　　fn();

　　}

　　void fn()

　　{ static int n=10;

　　cout<<n<<endl;

　　n++;

　　}

　　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；

　　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。

　　靜態函式的例子：

　　//Example 4

　　#include <iostream.h>

　　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；

面向物件的static關鍵字

　　（類中的static關鍵字）

　　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。

　　//Example 5

　　#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

　　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Example 5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：

　　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；

　　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、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 針。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。

　　//Example 6

　　#include <iostream.h>

　　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。

作用

　　static靜態變數宣告符。 在宣告它的程式塊，子程式塊或函式內部有效，值保持，在整個程式期間分配儲存器空間，編譯器預設值0。

　　是C++中很常用的修飾符，它被用來控制變數的儲存方式和可見性。

為什麼要引入static

　　函式內部定義的變數，在程式執行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，大家知道，函式在棧上分配的空間在此函式執行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個問題: 如果想將函式中此變數的值儲存至下一次呼叫時，如何實現？ 最容易想到的方法是定義一個全域性的變數，但定義為一個全域性變數有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變數的訪問範圍（使得在此函式中定義的變數，不僅僅受此函式控制）。

什麼時候用static

　　需要一個數據物件為整個類而非某個物件服務,同時又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內部，對外不可見。

static的內部機制

　　靜態資料成員要在程式一開始執行時就必須存在。因為函式在程式執行中被呼叫，所以靜態資料成員不能在任何函式內分配空間和初始化。

　　這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是作為類的外部介面的標頭檔案，那裡有類宣告；二是類定義的內部實現，那裡有類的成員函式定義；三是應用程式的main（）函式前的全域性資料宣告和定義處。

　　靜態資料成員要實際地分配空間，故不能在類的宣告中定義（只能宣告資料成員）。類宣告只宣告一個類的“尺寸和規格”，並不進行實際的記憶體分配，所以在類宣告中寫成定義是錯誤的。它也不能在標頭檔案中類宣告的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的原始檔中，對其重複定義。

　　static被引入以告知編譯器，將變數儲存在程式的靜態儲存區而非棧上空間，靜態

　　資料成員按定義出現的先後順序依次初始化，注意靜態成員巢狀時，要保證所巢狀的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

static的優勢

　　可以節省記憶體，因為它是所有物件所公有的，因此，對多個物件來說，靜態資料成員只儲存一處，供所有物件共用。靜態資料成員的值對每個物件都是一樣，但它的值是可以更新的。只要對靜態資料成員的值更新一次，保證所有物件存取更新後的相同的值，這樣可以提高時間效率。

應用格式

　　引用靜態資料成員時，採用如下格式：

　　<類名>::<靜態成員名>

　　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。

注意事項

　　(1)類的靜態成員函式是屬於整個類而非類的物件，所以它沒有this指標，這就導致了它僅能訪問類的靜態資料和靜態成員函式。

　　(2)不能將靜態成員函式定義為虛擬函式。

　　(3)由於靜態成員聲明於類中，操作於其外，所以對其取地址操作，就多少有些特殊，變數地址是指向其資料型別的指標 ，函式地址型別是一個“nonmember函式指標”。

　　(4)由於靜態成員函式沒有this指標，所以就差不多等同於nonmember函式，結果就產生了一個意想不到的好處：成為一個callback函式，使得我們得以將C++和C-based X Window系統結合，同時也成功的應用於執行緒函式身上。

　　(5)static並沒有增加程式的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問時間，節省了子類的記憶體空間。

　　(6)靜態資料成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static。

　　(7)靜態資料成員是靜態儲存的，所以必須對它進行初始化。

　　(8)靜態成員初始化與一般資料成員初始化不同:

　　初始化在類體外進行，而前面不加static，以免與一般靜態變數或物件相混淆；

　　初始化時不加該成員的訪問許可權控制符private，public等；

　　初始化時使用作用域運算子來標明它所屬類；

　　所以我們得出靜態資料成員初始化的格式：

　　<資料型別><類名>::<靜態資料成員名>=<值>

　　(9)為了防止父類的影響，可以在子類定義一個與父類相同的靜態變數，以遮蔽父類的影響。這裡有一點需要注意：我們說靜態成員為父類和子類共享，但我們有重複定義了靜態成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器採用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標誌。在各通訊公司的筆試面試中經常出現的考題就是static的作用及功能。

C中的static函式

分類

　　static 函式內部函式和外部函式

　　當一個源程式由多個原始檔組成時，C語言根據函式能否被其它原始檔中的函式呼叫，將函式分為內部函式和外部函式。

內部函式

　　（又稱靜態函式）

　　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，這種函式稱為內部函式。

　　定義一個內部函式，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。

外部函式

　　外部函式的定義：在定義函式時，如果沒有加關鍵字“static”，或冠以關鍵字“extern”，表示此函式是外部函式：

　　[extern] 函式型別 函式名(函式引數表)

　　{……}

　　呼叫外部函式時，需要對其進行說明：

　　[extern] 函式型別 函式名(引數型別表)[，函式名2(引數型別表2)……]；

　　[案例]外部函式應用。

　　（1）檔案mainf.c

　　main()

　　{ extern void input(…),process(…),output(…);

　　input(…); process(…); output(…);

　　}

　　（2）檔案subf1.c

　　……

　　extern void input(……) /*定義外部函式*/

　　{……}

　　（3）檔案subf2.c

　　……

　　extern void process(……) /*定義外部 函式*/

　　{……}

　　（4）檔案subf3.c

　　……

　　extern void output(……) /*定義外部函式*/

　　{……}