变量

    1 全局变量  在源文件的所有函数之外定义的变量，称作全局变量。全局变量可以被所有源文件的函数访问，他所占据的内存在程序执行期间一直存在，不会被释放。例如：

     int december;
     main()
     {.........}
     void funcl_1(){........}

     不过，当其他源文件需要使用在某个源文件中定义的全局变量时，需用extern关键字来修饰这个全局变量，说明变量已在其他源文件中定义。 如果在多个源文件中定义了相同名字的全局变量，那么连接这些源文件编译出来的目标文件时，将提示变量重复定义错误。

      2 局部变量  在函数内部定义的变量，称作局部变量。局部变量只能由定义它的代码块中的语句访问，当代码块的语句执行完毕后，局部变量占用的内存空间将被释放。

      3 static全局变量 和 static局部变量    
static全局变量虽然是全局的，但是不能被其他源文件通过extern进行引用访问。static局部变量虽然具有局部性，仅能被定义他的块内语句访问，但是他的值在函数执行完毕，仍然可以保留下来，下次再调用函数访问变量时，将使用上次函数执行后的变量值。

 

 

 

用好const关键字, 可以使你的C++程序更加健壮

用好static关键字, 可以使你的C++程序更加高效

 

今天详细研究了下const和static的用法, 查了不少资料, 贴在下面, 如有不足, 还望高手们不吝赐教:)

 

const使用详解    
  出自：康建东
  一   const基础  
   
  如果const关键字不涉及到指针，我们很好理解，下面是涉及到指针的情况：    
  int   b   =   500;  
  const   int*   a   =   &b;   [1]  
  int   const   *a   =   &b; [2]  
  int*   const   a   =   &b; [3]  
  const   int*   const   a   =   &b; [4]  
   
  如果你能区分出上述四种情况，那么，恭喜你，你已经迈出了可喜的一步。不知道，也没关系，我们可以参考《Effective   c++》Item21上的做法，如果const位于星号的左侧，则const就是用来修饰指针所指向的变量，即指针指向为常量；如果const位于星号的右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。因此，[1]和[2]的情况相同，都是指针所指向的内容为常量（const放在变量声明符的位置无关），这种情况下不允许对内容进行更改操作，如不能*a   =   3   ；[3]为指针本身是常量，而指针所指向的内容不是常量，这种情况下不能对指针本身进行更改操作，如a++是错误的；[4]为指针本身和指向的内容均为常量。  
  另外const   的一些强大的功能在于它在函数声明中的应用。在一个函数声明中，const   可以修饰函数的返回值，或某个参数；对于成员函数，还可以修饰是整个函数。有如下几种情况，以下会逐渐的说明用法：  
  A&   operator=(const   A&   a);  
  void   fun0(const   A*   a   );    
  void   fun1(   )   const;         //   fun1(   )   为类成员函数  
  const   A   fun2(   );  
   
  二   const的初始化  
   
  先看一下const变量初始化的情况  
  1)   非指针const常量初始化的情况：  
  A   b;  
  const   A   a   =   b;  
   
  2)   指针(引用)const常量初始化的情况：  
  A*   d   =   new   A();  
  const   A*   c   =   d;  
  或者：const   A*   c   =   new   A();  
  引用：  
  A   f;  
  const   A&   e   =   f;       //   这样作e只能访问声明为const的函数，而不能访问一般的成员函数；  
   
  三   作为参数和返回值的const修饰符  
   
  其实，不论是参数还是返回值，道理都是一样的，参数传入时候和函数返回的时候，初始化const变量  
  1   修饰参数的const，如   void   fun0(const   A*   a   );   void   fun1(const   A&   a);  
  调用函数的时候，用相应的变量初始化const常量，则在函数体中，按照const所修饰的部分进行常量化，如形参为const   A*   a，则不能对传递进来的指针的内容进行改变，保护了原指针所指向的内容；如形参为const   A&   a，则不能对传递进来的引用对象进行改变，保护了原对象的属性。  
  [注意]：参数const通常用于参数为指针或引用的情况;  
  2   修饰返回值的const，如const   A   fun2(   );   const   A*   fun3(   );  
  这样声明了返回值后，const按照"修饰原则"进行修饰，起到相应的保护作用。  
  const   Rational   operator*(const   Rational&   lhs,   const   Rational&   rhs)  
  {  
  return   Rational(lhs.numerator()   *   rhs.numerator(),  
  lhs.denominator()   *   rhs.denominator());  
  }  
   
  返回值用const修饰可以防止允许这样的操作发生:  
  Rational   a,b;  
  Radional   c;  
  (a*b)   =   c;  
   
  一般用const修饰返回值为对象本身（非引用和指针）的情况多用于二目操作符重载函数并产生新对象的时候。  
  [总结]   一般情况下，函数的返回值为某个对象时，如果将其声明为const时，多用于操作符的重载。通常，不建议用const修饰函数的返回值类型为某个对象或对某个对象引用的情况。  
  原因如下：  
  如果返回值为某个对象为const（const A test   =   A   实例）或某个对象的引用为const（const   A&   test   =   A实例）   ，则返回值具有const属性，则返回实例只能访问类A中的公有（保护）数据成员和const成员函数，并且不允许对其进行赋值操作，这在一般情况下很少用到。    
   
   
  四   类成员函数中const的使用  
   
  一般放在函数体后，形如：void   fun()   const;  
  如果一个成员函数的不会修改数据成员，那么最好将其声明为const，因为const成员函数中不允许对数据成员进行修改，如果修改，编译器将报错，这大大提高了程序的健壮性。    
  五   使用const的一些建议  
   
  1   要大胆的使用const，这将给你带来无尽的益处，但前提是你必须搞清楚原委；  
  2   要避免最一般的赋值操作错误，如将const变量赋值，具体可见思考题；  
  3   在参数中使用const应该使用引用或指针，而不是一般的对象实例，原因同上；  
  4   const在成员函数中的三种用法（参数、返回值、函数）要很好的使用；  
  5   不要轻易的将函数的返回值类型定为const;  
  6除了重载操作符外一般不要将返回值类型定为对某个对象的const引用;  

 

static关键字

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
(<C语言程序设计(第二版)>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 <iostream>

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="<<a<<endl;
 ++a;
}

int main()
{
 staticLocalVar(); // 第一次调用, 输出a=0
 staticLocalVar(); // 第二次调用, 记忆了第一次退出时的值, 输出a=1
 return 0;
}

应用:
 利用”记忆性”, 记录函数调用的次数(示例程序一)
   利用生存期的”全局性”, 改善”return a pointer / reference to a local object”的问题. Local object的问题在于退出函数, 生存期即结束,. 利用static的作用, 延长变量的生存期.
示例程序二:
// IP address to string format
// Used in Ethernet Frame and IP Header analysis
const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
{
 static char strBuff[16]; // static局部变量, 用于返回地址有效
 const unsigned char *pChIP = (const unsigned char *)&IpAddr;
 sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u",  pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2], pChIP[3]);
 return strBuff;
}

注意事项:
1. “记忆性”, 程序运行很重要的一点就是可重复性, 而static变量的”记忆性”破坏了这种可重复性, 造成不同时刻至运行的结果可能不同.
2. “生存期”全局性和唯一性. 普通的local变量的存储空间分配在stack上, 因此每次调用函数时, 分配的空间都可能不一样, 而static具有全局唯一性的特点, 每次调用时, 都指向同一块内存, 这就造成一个很重要的问题 ---- 不可重入性!!!
这样在多线程程序设计或递归程序设计中, 要特别注意这个问题.
(不可重入性的例子可以参见<effective C++ (2nd)>(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和函数。, 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和函数. 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和函数”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(<effective c++ (2nd)>(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.