static的用法及其作用

本文详细介绍了C语言中static关键字的应用,包括定义全局静态变量、局部静态变量和静态函数,并解释了它们之间的区别及作用域。此外,还介绍了C++中static的新用途,如定义静态数据成员和静态成员函数。

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  • 在c语言中,static主要定义全局静态变量,定义静态函数

    1.定义全局静态变量:在普通全局变量前面加上关键字static,该全局变量变成静态全局变量,如果没有给初始值,默认初始值为0,静态全局变量和普通全局变量的存储方式都是静态存储方式,但也有不同,普通全局变量的作用域是整个源文件,当一个源文件是由各个原文件组成时,普通全局变量在各个源文件都有效,而静态全局变量只能是在定义的本源文件中有效。所以把普通全局变量改为静态全局变量后是改变了它的作用域,限制了它的使用范围。
    2.定义局部静态变量:局部变量的存储地址是在栈上,会随着栈帧的回退而消失。而静态局部变量存储方式是在内存的.bss或者.data段,不会随着栈帧的回退而消失;静态局部变量始终存在着,也就是说它的生存周期是整个源文件,但是作用域和局部变量的作用域是一样的,即只能在定义该变量的函数中使用,退出函数后,尽管该静态局部变量不会消失,但不能使用它。对基本类型的静态局部变量若在说明时未赋以初值,则系统自动赋予0值。而对自动变量不赋初值,则其值是不定的。
    3.定义静态函数:在函数的返回类型加上static关键字,函数即被定义成静态函数。(1)静态函数只能在本源文件中使用。(2)在文件作用域中声明的inline函数默认为static。

  • 在C++语言中,新增了2个作用,定义静态数据成员和定义静态函数成员。

    1.定义静态数据成员,内存分配地址是在函数的全局数据区分配,静态数据成员定义时要分配空间,所以不能在类声明中定义。
    2.定义静态成员函数,静态成员函数与类相联系,不与类的对象相联系。静态成员函数不能访问非静态数据成员,因为非静态数据成员属于特定的类实例,主要用于对静态数据成员的操作;静态成员函数和静态数据成员都没有this指针。

static关键字是C, C++中都存在的关键字, 它主要有三种使用方式, 其中前两种只指在C语言中使用, 第三种在C++中使用(C,C++中具体细微操作不尽相同, 本文以C++为准). (1)局部静态变量 (2)外部静态变量/函数 (3)静态数据成员/成员函数 下面就这三种使用方式及注意事项分别说明 一、局部静态变量 在C/C++中, 局部变量按照存储形式可分为三种auto, static, register ( 谭浩强, 第174-175页) 与auto类型(普通)局部变量相比, static局部变量有三点不同 1. 存储空间分配不同 auto类型分配在栈上, 属于动态存储类别, 占动态存储区空间, 函数调用结束后自动释放, 而static分配在静态存储区, 在程序整个运行期间都不释放. 两者之间的作用域相同, 但生存期不同. 2. static局部变量在所处模块在初次运行时进行初始化工作, 且只操作一次 3. 对于局部静态变量, 如果不赋初值, 编译期会自动赋初值0或空字符, 而auto类型的初值是不确定的. (对于C++中的class对象例外, class的对象实例如果不初始化, 则会自动调用默认构造函数, 不管是否是static类型) 特点: static局部变量的”记忆性”与生存期的”全局性” 所谓”记忆性”是指在两次函数调用时, 在第二次调用进入时, 能保持第一次调用退出时的值. 示例程序一 #include using namespace std; void staticLocalVar() { static int a = 0; // 运行期时初始化一次, 下次再调用时, 不进行初始化工作 cout < < "a= " < (影印版)第103-105页) 下面针对示例程序二, 分析在多线程情况下的不安全性.(为方便描述, 标上行号) ① const char * IpToStr(UINT32 IpAddr) ② { ③ static char strBuff[16]; // static局部变量, 用于返回地址有效 ④ const unsigned char *pChIP = (const unsigned char *)&IpAddr; ⑤ sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u ", pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2], pChIP[3]); ⑥ return strBuff; ⑦ } 假设现在有两个线程A,B运行期间都需要调用IpToStr()函数, 将32位的IP地址转换成点分10进制的字符串形式. 现A先获得执行机会, 执行IpToStr(), 传入的参数是0x0B090A0A, 顺序执行完应该返回的指针存储区内容是:”10.10.9.11”, 现执行到⑥时, 失去执行权, 调度到B线程执行, B线程传入的参数是0xA8A8A8C0, 执行至⑦, 静态存储区的内容是192.168.168.168. 当再调度到A执行时, 从⑥继续执行, 由于strBuff的全局唯一性, 内容已经被B线程冲掉, 此时返回的将是192.168.168.168字符串, 不再是10.10.9.11字符串. 二、外部静态变量/函数 在C中static有了第二种含义:用来表示不能被其它文件访问的全局变量函数。, 但为了限制全局变量/函数的作用域, 函数或变量前加static使得函数成为静态函数。但此处“static”的含义不是指存储方式,而是指对函数的作用域仅局限于本文件(所以又称内部函数)。注意此时, 对于外部(全局)变量, 不论是否有static限制, 它的存储区域都是在静态存储区, 生存期都是全局的. 此时的static只是起作用域限制作用, 限定作用域在本模块(文件)内部. 使用内部函数的好处是:不同的人编写不同的函数时,不用担心自己定义的函数,是否会与其它文件中的函数同名。 示例程序三: //file1.cpp static int varA; int varB; extern void funA() { …… } static void funB() { …… } //file2.cpp extern int varB; // 使用file1.cpp中定义的全局变量 extern int varA; // 错误! varA是static类型, 无法在其他文件中使用 extern vod funA(); // 使用file1.cpp中定义的函数 extern void funB(); // 错误! 无法使用file1.cpp文件中static函数 三、静态数据成员/成员函数(C++特有) C++重用了这个关键字,并赋予它与前面不同的第三种含义:表示属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量函数. 这是与普通成员函数的最大区别, 也是其应用所在, 比如在对某一个类的对象进行计数时, 计数生成多少个类的实例, 就可以用到静态数据成员. 在这里面, static既不是限定作用域的, 也不是扩展生存期的作用, 而是指示变量/函数在此类中的唯一性. 这也是”属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量函数”的含义. 因为它是对整个类来说是唯一的, 因此不可能属于某一个实例对象的. (针对静态数据成员而言, 成员函数不管是否是static, 在内存中只有一个副本, 普通成员函数调用时, 需要传入this指针, static成员函数调用时, 没有this指针. ) 请看示例程序四( (影印版)第59页) class EnemyTarget { public: EnemyTarget() { ++numTargets; } EnemyTarget(const EnemyTarget&) { ++numTargets; } ~EnemyTarget() { --numTargets; } static size_t numberOfTargets() { return numTargets; } bool destroy(); // returns success of attempt to destroy EnemyTarget object private: static size_t numTargets; // object counter }; // class statics must be defined outside the class; // initialization is to 0 by default size_t EnemyTarget::numTargets; 在这个例子中, 静态数据成员numTargets就是用来计数产生的对象个数的. 另外, 在设计类的多线程操作时, 由于POSIX库下的线程函数pthread_create()要求是全局的, 普通成员函数无法直接做为线程函数, 可以考虑用Static成员函数做线程函数
### C/C++中`static`关键字的用途及作用域 #### 局部静态变量 在CC++中,当声明一个带有`static`关键字的局部变量时,该变量将在整个程序运行期间保持存在。这意味着即使函数返回后,其值仍然保留不变。这种类型的变量通常用于计数器或其他需要跨多次调用保存状态的数据结构[^2]。 ```cpp void countCalls() { static int counter = 0; // 这是一个局部静态变量 ++counter; printf("%d\n", counter); } ``` #### 全局静态变量 如果在一个源文件内部定义了一个具有外部链接性的全局对象并加上`static`限定符,则此对象只对该编译单元可见;也就是说,在其他地方尝试访问它将会导致未解析符号错误。这有助于防止不同模块间意外的名字冲突,并允许程序员创建私有的实现细节[^4]。 ```c // file1.c static int secretNumber = 42; int getSecretNumber(void){ return secretNumber; } // file2.c 尝试直接使用secretNumber会失败因为它是file1内的private symbol extern int secretNumber; // 错误:找不到symbol 'secretNumber' ``` #### 类成员中的静态元素 (针对C++) 对于面向对象的语言如C++, `static`还可以应用于类成员上——无论是字段还是方法。静态成员属于整个类而不是任何一个特定实例, 所有实例共享同一个副本。因此它们非常适合用来表示那些不依赖具体对象的状态或行为的信息. ```cpp class MyClass { public: static int sharedValue; // 定义了一个静态数据成员 void setShared(int value){sharedValue=value;} static void reset(){sharedValue=0;} // 静态成员函数可以直接操作静态数据成员而无需通过this指针 }; int MyClass::sharedValue = 0; // 初始化静态数据成员 ``` #### 函数级别的静态性 除了上述情况外,也可以把普通函数标记成`static`, 此举限制了它的可访问范围至当前翻译单位内(即同一.cpp/.c 文件),从而实现了封装性保护机制。这样的做法同样能有效减少不必要的名称空间污染[^3]. ```c #include <stdio.h> static void helperFunction(); /* 声明 */ int main(){ helperFunction(); return 0; } static void helperFunction(){/* 实现 */printf("Helper function called.\n");} ```
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