C++ static关键字

本文详细介绍了C++中静态变量的用法,包括全局静态变量、局部静态变量和类的静态数据成员。静态变量的作用域和生命周期被详细阐述,同时提到了静态函数的特性,它无法访问非静态成员。此外,还讨论了C++静态数据成员的初始化和内存管理,以及静态成员函数的使用限制。通过示例展示了静态成员在单例模式中的应用。
  • 定义全局静态变量和局部静态变量:

在变量前面加上static关键字。初始化的静态变量会在数据段分配内存,未初始化的静态变量会在BSS段分配内存。直到程序结束,静态变量始终会维持前值。只不过全局静态变量和局部静态变量的作用域不一样。静态变量只能在当前文件中使用;

static int a;
  • 定义静态函数:

在函数返回类型前加上static关键字,函数即被定义为静态函数。静态函数只能在当前文件中使用;

static int a();

创建一个static对象时不要使用()调用无参构造,会被认为声明了返回静态变量的函数,可以使用{}替代

static myClass b{};
  • C++静态数据成员

类中数据成员的声明前加上static为该类的静态成员。
类的静态数据成员在类实现文件中初始化,否则会出现未定义错误,且初始化时无需再用static关键字修饰,类中的static静态数据成员拥有一块单独的存储区,无论类被实例化多少个,静态数据成员都只有一份拷贝,为该类型的所有对象所共享

//单例模式实现
template<typename T>
class singleton{
    public:
    template <typename... Args>
    static T* Instance(Args &&... args){
        if(pInstance == nullptr){
            pInstance = new T(std::forward<Args>(args)...);
        }
        return pInstance;
    }
    static T* getInstance(){
        if(pInstance){
            return pInstance;
        }
        return nullptr;
    }
    static void destructInstance(){
        delete pInstance;
        pInstance = nullptr;
    }
    private:
    static T* pInstance;
};
//类外定义pInstance
template <class T>
T *singleton<T>::pInstance = nullptr;
  • C++静态成员函数
    类的静态成员函数属于整个类而非类对象,所以没有this指针,这导致了他只可以访问类的静态数据和静态成员函数。
    静态函数在类定义体外不能加static关键字修饰,因为成员函数本是类作用域,而在类外用static声明会将其作用扩大为文件作用域,是不合理的

生命周期:

  • 初始化
    C语言的全局和静态变量,编译期初始化。
    C++标准规定:全局或静态对象当且仅当对象首次用到时进行构造。
  • 析构
    静态全局变量、静态局部变量都在静态存储区,直到程序结束才会回收内存。类静态成员变量在静态存储区,当超出类作用域时回收内存
### C++中 `static` 关键字的使用场景与作用 #### 1. **静态局部变量** 在函数内部定义的局部变量前加上 `static`,可以使该变量成为静态局部变量。这种变量的特点是在第一次初始化之后,其值在整个程序生命周期内保持不变,即使函数多次调用也不会重新初始化。 ```cpp void exampleFunction() { static int counter = 0; // 静态局部变量 counter++; std::cout << "Counter: " << counter << std::endl; } ``` 上述代码中,每次调用 `exampleFunction()` 时,`counter` 的值会累加而不是重置为零[^2]。 --- #### 2. **全局静态变量** 如果在一个文件中定义了一个全局变量并将其标记为 `static`,则此变量的作用域仅限于当前文件。这意味着其他文件无法通过外部链接访问该变量。 ```cpp // FileA.cpp static int globalVar = 10; int getGlobalVar() { return globalVar; } // 同一文件内可访问 ``` 在这种情况下,`globalVar` 不会被导出到其他翻译单元(即其他 `.cpp` 文件),从而避免命名冲突[^3]。 --- #### 3. **静态函数** 当一个函数被声明为 `static` 时,它的作用域也局限于定义它的文件。这使得该函数只能在其所在的源文件中被调用,而不能被其他文件直接引用。 ```cpp // FileB.cpp static void helperFunction() { std::cout << "This is a static function." << std::endl; } void callHelper() { helperFunction(); // 正常调用 } ``` 由于 `helperFunction` 是静态的,因此它不会与其他文件中的同名函数发生冲突。 --- #### 4. **静态成员变量** 在类中,`static` 成员变量不属于任何特定的对象实例,而是由整个类共享。这类变量只需初始化一次,并且可以通过类名直接访问。 ```cpp class MyClass { public: static int sharedValue; // 声明静态成员变量 }; int MyClass::sharedValue = 42; // 定义并初始化静态成员变量 void useSharedValue() { std::cout << "Shared Value: " << MyClass::sharedValue << std::endl; } ``` 这里需要注意的是,静态成员变量必须在类外单独定义和初始化[^4]。 --- #### 5. **静态成员函数** 类似于静态成员变量,静态成员函数也不依赖具体的对象实例。它们可以直接通过类名调用,并且不允许访问非静态成员(因为不存在隐式的 `this` 指针)。 ```cpp class MyClass { public: static void staticMethod() { std::cout << "Called static method." << std::endl; } }; int main() { MyClass::staticMethod(); // 调用静态方法 return 0; } ``` 静态成员函数的主要用途之一是用来操作静态成员变量或提供独立于对象的功能。 --- #### 总结 `static` 关键字的核心功能在于控制变量、函数或类成员的作用域以及存储方式。它可以用于减少命名冲突、优化资源管理以及增强代码的安全性和效率。 ---
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