C++中Static作用和使用方法-zz

最新推荐文章于 2024-07-10 12:09:11 发布

dodolzg

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分类专栏： C++/C 文章标签： c++ output reference 存储编译器 function

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本文深入解析C++中static修饰符的用途与内部机制，包括如何使用静态数据成员和静态成员函数，以及它们的优势和注意事项。

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1、什么是static?
static 是C++中很常用的修饰符，它被用来控制变量的存储方式和可见性。

2、为什么要引入static?
函数内部定义的变量，在程序执行到它的定义处时，编译器为它在栈上分配空间，大家知道，函数在栈上分配的空间在此函数执行结束时会释放掉，这样就产生了一个问题: 如果想将函数中此变量的值保存至下一次调用时，如何实现？最容易想到的方法是定义一个全局的变量，但定义为一个全局变量有许多缺点，最明显的缺点是破坏了此变量的访问范围（使得在此函数中定义的变量，不仅仅受此函数控制）。

3、什么时候用static?
需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务,同时又力求不破坏类的封装性,即要求此成员隐藏在类的内部，对外不可见。

    4、static的内部机制：
       静态数据成员要在程序一开始运行时就必须存在。因为函数在程序运行中被调用，所以静态数据成员不能在任何函数内分配空间和初始化。
       这样，它的空间分配有三个可能的地方，一是作为类的外部接口的头文件，那里有类声明；二是类定义的内部实现，那里有类的成员函数定义；三是应用程序的main（）函数前的全局数据声明和定义处。
      静态数据成员要实际地分配空间，故不能在类的声明中定义（只能声明数据成员）。类声明只声明一个类的“尺寸和规格”，并不进行实际的内存分配，所以在类声明中写成定义是错误的。它也不能在头文件中类声明的外部定义，因为那会造成在多个使用该类的源文件中，对其重复定义。
      static被引入以告知编译器，将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空间，静态数据成员按定义出现的先后顺序依次初始化，注意静态成员嵌套时，要保证所嵌套的成员已经初始化了。消除时的顺序是初始化的反顺序。

5、static的优势：
可以节省内存，因为它是所有对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供所有对象共用。静态数据成员的值对每个对象都是一样，但它的值是可以更新的。只要对静态数据成员的值更新一次，保证所有对象存取更新后的相同的值，这样可以提高时间效率。

    6、引用静态数据成员时，采用如下格式：
         <类名>::<静态成员名>
    如果静态数据成员的访问权限允许的话(即public的成员)，可在程序中，按上述格式来引用静态数据成员。
7、注意事项：
      (1)类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，这就导致
了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。
      (2)不能将静态成员函数定义为虚函数。
      (3)由于静态成员声明于类中，操作于其外，所以对其取地址操作，就多少有些特殊
，变量地址是指向其数据类型的指针，函数地址类型是一个“nonmember函数指针”。

      (4)由于静态成员函数没有this指针，所以就差不多等同于nonmember函数，结果就
产生了一个意想不到的好处：成为一个callback函数，使得我们得以将C++和C-based X W
indow系统结合，同时也成功的应用于线程函数身上。
      (5)static并没有增加程序的时空开销，相反她还缩短了子类对父类静态成员的访问
时间，节省了子类的内存空间。
      (6)静态数据成员在<定义或说明>时前面加关键字static。
      (7)静态数据成员是静态存储的，所以必须对它进行初始化。
      (8)静态成员初始化与一般数据成员初始化不同:
       初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆；
       初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等；
           初始化时使用作用域运算符来标明它所属类；
           所以我们得出静态数据成员初始化的格式：
         <数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>
      (9)为了防止父类的影响，可以在子类定义一个与父类相同的静态变量，以屏蔽父类的影响。这里有一点需要注意：我们说静态成员为父类和子类共享，但我们有重复定义了静态成员，这会不会引起错误呢？不会，我们的编译器采用了一种绝妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的标志。

静态数据成员

　　在类中，静态成员可以实现多个对象之间的数据共享，并且使用静态数据成员还不会破坏隐藏的原则，即保证了安全性。因此，静态成员是类的所有对象中共享的成员，而不是某个对象的成员。

使用静态数据成员可以节省内存，因为它是所有对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供所有对象共用。静态数据成员的值对每个对象都是一样，但它的值是可以更新的。只要对静态数据成员的值更新一次，保证所有对象存取更新后的相同的值，这样可以提高时间效率。

静态数据成员的使用方法和注意事项如下：

1、静态数据成员在定义或说明时前面加关键字static。

2、静态成员初始化与一般数据成员初始化不同。静态数据成员初始化的格式如下：

<数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>

这表明：

　　(1) 初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆。

(2) 初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等。

(3) 初始化时使用作用域运算符来标明它所属类，因此，静态数据成员是类的成员，而不是对象的成员。

3、静态数据成员是静态存储的，它是静态生存期，必须对它进行初始化。

4、引用静态数据成员时，采用如下格式：

<类名>::<静态成员名>

如果静态数据成员的访问权限允许的话(即public的成员)，可在程序中，按上述格式来引用静态数据成员。
静态成员函数

　　静态成员函数和静态数据成员一样，它们都属于类的静态成员，它们都不是对象成员。因此，对静态成员的引用不需要用对象名。

在静态成员函数的实现中不能直接引用类中说明的非静态成员，可以引用类中说明的静态成员。如果静态成员函数中要引用非静态成员时，可通过对象来引用。

下面看一个例子：
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
}
};
void main( void )
{
Point pt;
pt.init();
pt.output();
}
这样编译是不会有任何错误的。
下面这样看
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
}
};
void main( void )
{
Point::output();
}
这样编译会处错，错误信息：illegal call of non-static member function，为什么？
因为在没有实例化一个类的具体对象时，类是没有被分配内存空间的。
好的再看看下面的例子:
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
}
};
void main( void )
{
Point::init();
}
这时编译就不会有错误，因为在类的定义时，它静态数据和成员函数就有了它的内存区，它不属于类的任何一个具体对象。
好的再看看下面的例子:
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
   x = 0;
   y = 0;
}
private:
int x;
int y;
};
void main( void )
{
Point::init();
}
编译出错：
illegal reference to data member 'Point::x' in a static member function
illegal reference to data member 'Point::y' in a static member function
在一个静态成员函数里错误的引用了数据成员，
还是那个问题，静态成员（函数），不属于任何一个具体的对象，那么在类的具体对象声明之前就已经有了内存区，
而现在非静态数据成员还没有分配内存空间，那么这里调用就错误了，就好像没有声明一个变量却提前使用它一样。
也就是说在静态成员函数中不能引用非静态的成员变量。
好的再看看下面的例子:
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
   x = 0;
   y = 0;
   init();
}
static void init()
{

}
private:
int x;
int y;
};
void main( void )
{
Point::init();
}
好的，这样就不会有任何错误。这最终还是一个内存模型的问题，
任何变量在内存中有了自己的空间后，在其他地方才能被调用，否则就会出错。
好的再看看下面的例子:
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
   x = 0;
   y = 0;
}
private:
static int x;
static int y;
};
void main( void )
{
Point::init();
}
编译：
Linking...
test.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "private: static int Point::y"
test.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "private: static int Point::x"
Debug/Test.exe : fatal error LNK1120: 2 unresolved externals
执行 link.exe 时出错.
可以看到编译没有错误，连接错误，这又是为什么呢？
这是因为静态的成员变量要进行初始化，可以这样：
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
   x = 0;
   y = 0;
}
private:
static int x;
static int y;
};
int Point::x = 0;
int Point::y = 0;
void main( void )
{
Point::init();
}
在静态成员数据变量初始化之后就不会出现编译错误了。
再看看下面的代码：
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
   x = 0;
   y = 0;
}
private:
static int x;
static int y;
};
void main( void )
{
}
编译没有错误，为什么？
即使他们没有初始化，因为我们没有访问x，y，所以编译不会出错。
C++会区分两种类型的成员函数：静态成员函数和非静态成员函数。这两者之间的一个重大区别是，静态成员函数不接受隐含的this自变量。所以，它就无法访问自己类的非静态成员。