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c++中static的用法詳解

編輯:關於C++

 

 

C 語言的 static 關鍵字有三種(具體來說是兩種)用途:


1. 靜態局部變量:用於函數體內部修飾變量,這種變量的生存期長於該函數。
int foo(){
	static int i = 1; // note:1
	//int i = 1;  // note:2
	i += 1;
	return i;
}


要明白這個用法,我們首先要了解c/c++的內存分布,以及static所在的區間。

對於一個完整的程序,在內存中的分布情況如下圖: 
1.棧區: 由編譯器自動分配釋放,像局部變量,函數參數,都是在棧區。會隨著作用於退出而釋放空間。
3.堆區:程序員分配並釋放的區域,像malloc(c),new(c++)
3.全局數據區(靜態區):全局變量和靜態便令的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域,未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。程序結束釋放。
4.代碼區

所以上面note:1的static是在全局數據區分配的,那麼它存在的意思是什麼?又是什麼時候初始化的呢?

首先回答第一個問題:它存在的意義就是隨著第一次函數的調用而初始化,卻不隨著函數的調用結束而銷毀(如果把以上的note:1換成note:2,那麼i就是在棧區分配了,會隨著foo的調用結束而釋放)。
那麼第二個問題也就浮出水面了,它是在第一次調用進入note:1的時候初始化(當初面試被坑過,我居然說是一開始就初始化了,汗!!)。且只初始化一次,也就是你第二次調用foo(),不會繼續初始化,而會直接跳過。


那麼它跟定義一個全局變量有什麼區別呢,同樣是初始化一次,連續調用foo()的結果是一樣的,但是,使用全局變量的話,變量就不屬於函數本身了,不再僅受函數的控制,給程序的維護帶來不便。
  靜態局部變量正好可以解決這個問題。靜態局部變量保存在全局數據區,而不是保存在棧中,每次的值保持到下一次調用,直到下次賦新值。


那麼我們總結一下,靜態局部變量的特點(括號內為note:2,也就是局部變量的對比):
(1)該變量在全局數據區分配內存(局部變量在棧區分配內存);
(2)靜態局部變量在程序執行到該對象的聲明處時被首次初始化,即以後的函數調用不再進行初始化(局部變量每次函數調用都會被初始化);
(3)靜態局部變量一般在聲明處初始化,如果沒有顯式初始化,會被程序自動初始化為0(局部變量不會被初始化);
(4)它始終駐留在全局數據區,直到程序運行結束。但其作用域為局部作用域,也就是不能在函數體外面使用它(局部變量在棧區,在函數結束後立即釋放內存);


2.靜態全局變量:定義在函數體外,用於修飾全局變量,表示該變量只在本文件可見。
static int i = 1;  //note:3
//int i = 1;  //note:4


int foo()
{
	i += 1;
	return i;
}


note:3和note:4有什麼差異呢?你調用foo(),無論調用幾次,他們的結果都是一樣的。也就是說在本文件內調用他們是完全相同的。那麼他們的區別是什麼呢?
文件隔離!

 

假設我有一個文件a.c,我們再新建一個b.c,內容如下。
 

//file a.c

//static int n = 15;  //note:5
int n = 15;  //note:6

//file b.c
#include 

extern int n;

void fn()
{
	n++;
	printf(after: %d
,n);
}


void main()
{
	printf(before: %d
,n);
	fn();
}

我們先使用note:6,也就是非靜態全局變量,發現輸出為:
before: 15
after: 16


也就是我們的b.c通過extern使用了a.c定義的全局變量。
那麼我們改成使用note:5,也就是使用靜態全局變量呢?

 

gcc a.c b.c -o output.out

會出現類似undeference to n的報錯,它是找不到n的,因為static進行了文件隔離,你是沒辦法訪問a.c定義的靜態全局變量的,當然你用 #include a.c,那就不一樣了。

以上我們就可以得出靜態全局變量的特點:

靜態全局變量不能被其它文件所用(全局變量可以);
其它文件中可以定義相同名字的變量,不會發生沖突(自然了,因為static隔離了文件,其它文件使用相同的名字的變量,也跟它沒關系了);


3.靜態函數:准確的說,靜態函數跟靜態全局變量的作用類似:
//file a.c
#include 


void fn()
{
	printf(this is non-static func in a);
}


//file b.c
#include 


extern void fn();  //我們用extern聲明其他文件的fn(),供本文件使用。


void main()
{
	fn();
}

可以正常輸出:this is non-static func in a。
當給void fn()加上static的關鍵字之後呢? undefined reference to fn.

所以,靜態函數的好處跟靜態全局變量的好處就類似了:
1.靜態函數不能被其它文件所用;
2.其它文件中可以定義相同名字的函數,不會發生沖突;

上面一共說了三種用法,為什麼說准確來說是兩種呢?
1.一種是修飾變量,一種是修飾函數,所以說是兩種(這種解釋不多)。
2.靜態全局變量和修飾靜態函數的作用是一樣的,一般合並為一種。(這是比較多的分法)。



C++ 語言的 static 關鍵字有二種用途:
當然以上的幾種,也可以用在c++中。還有額外的兩種用法:

1.靜態數據成員:用於修飾 class 的數據成員,即所謂“靜態成員”。這種數據成員的生存期大於 class 的對象(實體 instance)。靜態數據成員是每個 class 有一份,普通數據成員是每個 instance 有一份,因此靜態數據成員也叫做類變量,而普通數據成員也叫做實例變量。

#include


using namespace std;


class Rectangle
{
private:
	int m_w,m_h;
	static int s_sum;
	
public:
	Rectangle(int w,int h)
	{
		this->m_w = w;
		this->m_h = h;
		s_sum += (this->m_w * this->m_h);
	}


	void GetSum()
	{
		cout<GetSum();
	cout<

結果如下:

\

由圖可知:sizeof(Rectangle)=8bytes=sizeof(m_w)+sizeof(m_h)。也就是說 static 並不占用Rectangle的內存空間。 那麼static在哪裡分配內存的呢?是的,全局數據區(靜態區)。 再看看GetSum(),第一次12=3*4,第二次18=12+2*3。由此可得,static只會被初始化一次,於實例無關。

結論:

對於非靜態數據成員,每個類對象(實例)都有自己的拷貝。而靜態數據成員被當作是類的成員,由該類型的所有對象共享訪問,對該類的多個對象來說,靜態數據成員只分配一次內存。 靜態數據成員存儲在全局數據區。靜態數據成員定義時要分配空間,所以不能在類聲明中定義。 也就是說,你每new一個Rectangle,並不會為static int s_sum的構建一份內存拷貝,它是不管你new了多少Rectangle的實例,因為它只與類Rectangle掛鉤,而跟你每一個Rectangle的對象沒關系。

2、靜態成員函數:用於修飾 class 的成員函數。 我們對上面的例子稍加改動:
#include


using namespace std;


class Rectangle
{
private:
	int m_w,m_h;
	static int s_sum;
	
public:
	Rectangle(int w,int h)
	{
		this->m_w = w;
		this->m_h = h;
		s_sum += (this->m_w * this->m_h);
	}


	static void GetSum()  //這裡加上static
	{
		cout<GetSum();
	cout<



上面注釋可見:對GetSum()加上static,使它變成一個靜態成員函數,可以用類名::函數名進行訪問。

那麼靜態成員函數有特點呢?

1.靜態成員之間可以相互訪問,包括靜態成員函數訪問靜態數據成員和訪問靜態成員函數;

2.非靜態成員函數可以任意地訪問靜態成員函數和靜態數據成員;

3.靜態成員函數不能訪問非靜態成員函數和非靜態數據成員;

4.調用靜態成員函數,可以用成員訪問操作符(.)和(->)為一個類的對象或指向類對象的指針調用靜態成員函數,也可以用類名::函數名調用(因為他本來就是屬於類的,用類名調用很正常)





前三點其實是一點:靜態成員函數不能訪問非靜態(包括成員函數和數據成員),但是非靜態可以訪問靜態,有點暈嗎?沒關系,我給你個解釋,

因為靜態是屬於類的,它是不知道你創建了10個還是100個對象,所以它對你對象的函數或者數據是一無所知的,所以它沒辦法調用,而反過來,你創建的對象是對類一清二楚的(不然你怎麼從它那裡實例化呢),所以你是可以調用類函數和類成員的,就像不管GetSum是不是static,都可以調用static的s_sum一樣。
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