C++中的 static 关键字

C++中的 static 关键字

作者:陈厚辉

前言:
  本文只是本人对C++中关于静态类型的一个总结,如错误之处,请大家帮我改正。我分两个方面来总结,第一方面主要是相对于面向过程而言,即在这方面不涉及到类,第二方面相对于面向对象而言,主要说明static在类中的作用。

一、在面向过程设计中的static关键字

1、静态全局变量

定义:在全局变量前,加上关键字 static 该变量就被定义成为了一个静态全局变量。

特点:
  A、该变量在全局数据区分配内存。
  B、初始化:如果不显式初始化,那么将被隐式初始化为0。
  C、访变量只在本源文件可见,严格的讲应该为定义之处开始到本文件结束。

  例(摘于C++程序设计教程---钱能主编P103):
        //file1.cpp      
        #include<iostream.h>
        void fn();
        extern int n;
        void main()
        {
          n=20;
          cout << n << endl;
          fn();
        }

        //file2.cpp
        #include<iostream.h>

        static int n; //定义静态全局变量,初始化为0;
        void fn()
        {
          n++;
          cout << n << endl;
        }

  文件分别编译能通过,但连接时file1.cpp 中的变量n找不到定义,产生连接错误。

  D、文件作用域下声明的const的常量默认为static存储类型。

2、静态局部变量

定义:在局部变量前加上static关键字时,就定义了静态局部变量。

特点:
  A、该变量在全局数据区分配内存。
  B、初始化:如果不显式初始化,那么将被隐式初始化为0。
  C、它始终驻留在全局数据区,直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域,当定义它的函数或 语句块结束时,其作用域随之结束。

3、静态函数(注意与类的静态成员函数区别)

定义:在函数的返回类型前加上static关键字,函数即被定义成静态函数。

特点:
  A、静态函数只能在本源文件中使用(这是与普通函数区别)
  例(摘于C++程序设计教程---钱能主编P103):      
        //file1.cpp
        void fn();
        void staticFn()

        void main()
        {

          fn();
          staticFn();
        }

        //file2.cpp
        #include<iostream.h>

        static void staticFn();
        void fn();

        void fn()
        {
          staticFn();
          cout << "this is fn() /n";
        }

        void staticFn()
        {
          cout << "this is staticFn() /n";
        }      
连接时,将产生找不到函数staticFn()定义的错误。

  B、主意事项

  在文件作用域下声明的inline函数默认为static类型。

二、面象对象中的static关键字(主要指类中的static关键字)

1、静态数据成员

特点:
  A、内存分配:在程序的全局数据区分配。
  B、初始化和定义:
   a、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。
   b、为了避免在多个使用该类的源文件中,对其重复定义,所在,不能在类的头文件中
    定义。
   c、静态数据成员因为程序一开始运行就必需存在,所以其初始化的最佳位置在类的内部实现。
  C、特点
   a、对相于 public,protected,private 关键字的影响它和普通数据成员一样,
   b、因为其空间在全局数据区分配,属于所有本类的对象共享,所以,它不属于特定的类对象,在没产生类对象时其作用域就可见,即在没有产生类的实例时,我们就可以操作它。

  D、访问形式
   a、 类对象名.静态数据成员名
   b、 类类型名:: 静态数据成员名

  E、静态数据成员,主要用在类的所有实例都拥有的属性上。比如,对于一个存款类,帐号相对   于每个实例都是不同的,但每个实例的利息是相同的。所以,应该把利息设为存款类的静态数据成员。这有两个好处,第一,不管定义多少个存款类对象,利息数据成员都共享分配在全局区的内存,所以节省存贮空间。第二,一旦利息需要改变时,只要改变一次,则所有存款类对象的利息全改变过来了,因为它们实际上是共用一个东西。

2、静态成员函数

特点:
  A、静态成员函数与类相联系,不与类的对象相联系。
  B、静态成员函数不能访问非静态数据成员。原因很简单,非静态数据成员属于特定的类实例。

作用:
  主要用于对静态数据成员的操作。
调用形式:
  A、类对象名.静态成员函数名()
  B、类类型名:: 静态成员函数名()
 
### C++中`static`关键字的使用场景和作用 #### 局部静态变量 在函数内部定义的局部变量前加上`static`关键字,则此变量成为局部静态变量。这类变量的特点是在第一次初始化之后,其生命周期持续至程序结束,而不仅仅局限于所在函数执行期间。 ```cpp void func() { static int count = 0; // 初始化仅发生一次 ++count; } ``` 这种机制使得每次调用含有静态局部变量的函数时,该变量保留上次操作后的状态[^3]。 #### 全局静态变量 对于全局变量而言,如果在其声明之前添加`static`修饰符,则将其限定于当前编译单元(即`.cpp`文件),外部无法通过链接访问这些变量,从而保护了数据的安全性和独立性[^4]。 #### 静态函数 同样地,当`static`应用于函数返回类型的前面时,意味着该函数也具有类似的限制——只能在同一编译单元内被调用。这有助于防止不同源码之间可能出现的名字空间污染问题,并允许开发者创建私有接口来增强封装性。 #### 类中的静态成员 - **静态成员变量**: 它们不属于任何一个特定的对象实例,而是由整个类共享。因此,在任何对象实例化之前就可以对其进行赋值或读取。需要注意的是,尽管可以在类定义里声明它们,但实际的空间分配需放在类外完成。 ```cpp class MyClass { public: static int sharedValue; }; int MyClass::sharedValue = 100; // 实际上在这里进行了内存分配并设置初始值 ``` - **静态成员方法**: 这些方法也不依赖具体的对象实例,所以不能访问非静态的数据成员以及虚表等特性。不过,由于不需要传递隐式的`this`参数,所以在某些情况下效率更高一些[^5]。 #### 模块级静态实体 为了确保同一项目里的各个翻译单元能够各自维护自己的一份副本而不相互干扰,可以利用`static`来控制符号的作用域。比如在一个头文件中声明了一个带有`static`限定词的常量数组,那么每一个包含了这份头文件的地方都会获得一份独立拷贝而不是共用同一个地址空间的位置。
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