C++那些细节--static关键字

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C++那些细节

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本文探讨了在面向过程和面向对象编程中static关键字的作用。在面向过程中，static用于静态全局变量、静态局部变量和静态函数，静态局部变量只初始化一次，函数结束后不会销毁。在面向对象编程中，static关键字用于静态数据成员和静态成员函数，静态成员函数无法访问非静态成员，但可以通过类名直接调用。

static也是我们经常用到的关键字，关于static有很多用法，而且在面向过程和面向对象编程中，static有着不同的意义。之前总是记不住，于是，本人强迫症又发作了，一定要搞懂它！！！

一.面向过程编程中的static关键字

1.静态全局变量

静态全局变量:

// C++Test.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

static int s_test;
int nons_test;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	
	//静态全局变量默认初始化为0
	cout<<"static :"<<s_test<<endl;
	//非静态全局变量默认初始化也是0,但如果是局部非静态变量，在VS中直接报错，不能通过编译
	cout<<"non-static: "<<nons_test<<endl;

	system("pause");
	return 0;
}

结果：

static :0
non-static: 0
请按任意键继续. . .

我们在运行程序时，内存分为代码区，全局数据区，堆区，栈区。正常的临时变量auto等都在栈区，生命周期是函数结束，而new出来的对象一般都在堆区，声明周期由我们控制，new时开始，delete时结束。而全局数据区则保存全局变量以及静态变量，他们的生命周期是整个程序的运行周期。

使用静态全局变量和使用普通全局变量的差别：

1）如果全局变量在头文件中，或者使用和定义都在同一个文件中，静态全局变量和普通全局变量是相同的。

//StaticTest.h头文件中分别定义静态全局变量和普通全局变量
static int static_num = 20;
int nonstatic_num = 30;

// C++Test.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//全局变量在头文件或者本文件中两者没有什么区别

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include "StaticTest.h"
#include "StaticTest1.h"
using namespace std;


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	
	//如果静态变量在头文件中或者本文件中，可以访问静态全局变量
	cout<<"static :"<<static_num<<endl;
	//如果静态变量在头文件中或者本文件中，可以访问非静态全局变量
	cout<<"non-static: "<<nonstatic_num<<endl;

	system("pause");
	return 0;
}

结果：

static :20
non-static: 30
请按任意键继续. . .

2）如果全局变量在.cpp文件中，普通全局变量是全局可见的，即其他文件也可见，但是要使用时，就要在其他文件中添加extern关键字。而且如果不添加的话，在这个文件再声明同名的变量，是会报错的。但是使用静态全局变量就可以解决这个问题，静态全局变量在其他文件中是不可见的，我们不需要关注其他文件中的全局变量，也不会出现不能使用同名全局变量的问题啦！

//.h文件
#ifndef __STATICTEST1_H_
#define __STATICTEST1_H_
#pragma once
class StaticTest1
{
public:
	StaticTest1(void);
	virtual ~StaticTest1(void);
};
#endif

//.cpp文件
#include "stdafx.h"
#include "StaticTest1.h"

//在.cpp文件中定义全局变量
static int static_test = 10;
int nonstatic_test = 20;

StaticTest1::StaticTest1(void)
{
}


StaticTest1::~StaticTest1(void)
{
}

main函数文件：

// C++Test.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "StaticTest1.h"
using namespace std;

extern int nonstatic_test;
extern int static_test;

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	
	//如果静态变量在其他.cpp文件中，不可以访问静态全局变量，即使在本文件使用extern声明也不行
	//cout<<"static :"<<static_test<<endl;
	//如果静态变量在其他.cpp文件中，可以访问非静态全局变量，但是要在本文件使用extern声明
	cout<<"non-static: "<<nonstatic_test<<endl;

	system("pause");
	return 0;
}

不添加extern时，静态全局变量为未定义，而即使添加extern声明也会报错：

C++Test2.obj : error LNK2001: 无法解析的外部符号 "int static_test" (?static_test@@3HA)
1>: fatal error LNK1120: 1 个无法解析的外部命令

关于静态全局变量，有下面三点要注意：

1）静态全局变量如果未初始化，会被默认初始化为0，而非静态全局变量，注意是全局变量，也是初值为0。（非静态非全局变量如果未初始化在VS中会直接报错的）

2）静态全局变量在全局数据区非配内存，所以变量的生存期是整个程序的运行周期。（局部静态变量的生存期也是整个程序运行周期）

3）静态全局变量在变量声明的文件是可见的，但是在其他文件中是不可见的。

关于全局变量：

如果我们将全局变量直接放在头文件中，变量会随着头文件的引入，引入到各个文件中。有时候这是我们不想看到的，所以另一种方法是将全局变量放在.cpp文件中，这样，全局变量就不会随着.h文件到处引入，不是全局可见。但是，这样这个变量仍然是全局变量，要想在另外的文件中使用这个变量，就要在这个文件中使用extern关键字声明一下。如果不声明，就会出现变量未声明的情况。如果直接在这个变量再定义一个同名的变量，就会出现冲定义的情况，这也是我们不想看到的，如果全局变量仅仅在本文件中有用，那么不如直接使用静态全局变量。

2.静态局部变量

局部变量，即存储在栈空间的变量，我们在调用函数时，变量初始化，而函数调用结束时，局部变量的生存期就结束了，进而被销毁。而有时候我们需要对两次调用函数之间的变量进行保存，最简单的想法就是使用一个全局变量，但是这个变量就已经不属于函数本身，而是全局可见，不符合局部性原理，给维护带来了不便。而静态局部变量刚好可以解决这个问题。静态局部变量存储在全局数据区，不会因函数结束而销毁，并且在其他函数看来，静态局部变量是不可见的，刚好满足了我们的需求！

下面看一个例子：

// C++Test.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;


void TestFunc()
{
	//定义一个静态局部变量，但是这个变量仅仅在第一次的时候初始化，再次调用时不会再初始化
	static int static_num = 10;
	//但是普通局部变量，每次都会初始化
	int nonstatic_num = 10;
	static_num++;
	nonstatic_num++;
	cout<<"non_static: "<<nonstatic_num<<"  static :"<<static_num<<endl;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	//调用10次该函数
	for(int i = 0; i < 10; i++)
		TestFunc();

	system("pause");
	return 0;
}

结果：

non_static: 11 static :11
non_static: 11 static :12
non_static: 11 static :13
non_static: 11 static :14
non_static: 11 static :15
non_static: 11 static :16
non_static: 11 static :17
non_static: 11 static :18
non_static: 11 static :19
non_static: 11 static :20
请按任意键继续. . .

从上面的结果我们看出，函数被调用了10次，非静态变量每次都被初始化，因而结果没变。而静态变量却只被初始化了一次，因而每次结果都比上一次大1。

关于局部静态变量要注意的几点：

1）局部静态变量也在全局数据区分配内存，不会因为函数调用结束而销毁。

2）局部静态变量在首次调用到该变量的时候进行初始化，之后再次调用时不会再进行初始化。并且局部静态变量一般就在声明处初始化，如果未显示初始化，则默认初始化为0

3）局部静态变量的生命周期为声明时到程序结束，但是它的作用域却是局部的，仅仅在该函数内，不会破坏局部性原理。

3.静态函数

函数默认是全局可见的，而如果我们希望某个函数只在本文件中可见，那么可以将它声明为静态函数。这一点与静态全局变量差不多。

一个例子：

//StaticTest.h
#include <iostream>
using namespace std;


void NormalFuncTest();

static void StaticFuncTest();

//StaticTest.cpp
#include "stdafx.h"
#include "StaticTest.h"


void NormalFuncTest()
{
	cout<<"Normal Func!"<<endl;	
}

static void StaticFuncTest()
{
	cout<<"Static Func!"<<endl;
}

// C++Test.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//main函数

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include "StaticTest.h"
using namespace std;


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	NormalFuncTest();
	StaticFuncTest();

	system("pause");
	return 0;
}

这个例子中有两个函数，都定义在另一个文件中，一个为普通函数，另一个为static函数。编译一下，会出现如下错误：

\vs2012\vs12\vc\include\xlocnum(155): error C2129: 静态函数“void StaticFuncTest(void)”已声明但未定义

就是说，编译器只看到了.h文件中的声明，但是看不到.cpp文件中的实现。这样，static的目的就达到啦！但是，如果将函数的实现放到了.h中，那么，不管是不是静态的，都是可以使用的。

二.面向对象编程中的Static关键字

1.静态数据成员

在类中，成员也可以声明为静态数据成员，而在面向对象编程中，static关键字又有了新的功能。

先来一个例子：

// C++Test.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;


class StaticTest
{
private:
	//此处为声明，声明一个静态成员变量
	static int count;
	int id;
public:
	StaticTest(int i): id(i)
	{
		count++;
	}

	void Show()
	{
		cout<<"ID: "<<id<<endl;
	}

	static void ShowCount()
	{
		cout<<"Count: "<<count<<endl;
	}
};

//在类外定义并初始化静态成员变量，由于定义时需要分配空间，所以不能在类声明中定义
int StaticTest::count = 0;


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

	StaticTest test1(1);
	StaticTest test2(2);
	test1.Show();
	test2.Show();
	StaticTest::ShowCount();

	system("pause");
	return 0;
}

结果：

ID: 1
ID: 2
Count: 2
请按任意键继续. . .

关于静态成员变量有下面几点：

1）静态成员变量在一个类中只有一份，由该类所有的对象所共享，静态数据成员只分配一次内存。而非静态成员变量则是每个对象都有一份自己的拷贝。

2）静态成员变量遵循public,private,protected的访问规则

3）静态数据成员在全局数据区分配内存，属于本类所有对象共享，但是它不属于任何一个对象，所以即使没有产生对象时也可以使用静态成员变量。

4）静态成员变量的初始化比较特殊，不能直接像普通成员变量那样在类中给初值，更不能像非成员变量那样直接初始化，静态成员变量需要在类的定义中声明，然后再类外面，用<类型><类名>::<变量名> = <值>的格式来初始化。如上面的例子中:int StaticTest::count = 0;

5）访问静态成员变量的方式也有两种，一种是与普通成员变量的访问方式一样，<对象名>.<静态数据成员>。另一种是静态成员变量特有的方式<类名>::<静态数据成员>

2.静态成员函数

还是上面的那个例子，加了一部分功能：

// C++Test.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
using namespace std;


class StaticTest
{
private:
	//此处为声明，声明一个静态成员变量
	static int count;
	int id;
public:
	StaticTest(int i): id(i)
	{
		count++;
	}

	void Show()
	{
		//但是非静态成员函数可以访问静态成员函数和变量
		cout<<"ID: "<<id<<"  Count: "<<count<<endl;
	}

	static void ShowCount()
	{
		//静态成员函数不能访问非静态的成员，非静态成员函数也不行！
		//cout<<"ID: "<<id<<endl;     error C2597: 对非静态成员“StaticTest::id”的非法引用
		//Show();:                    error C2352: “StaticTest::Show”: 非静态成员函数的非法调用
		cout<<"Count: "<<count<<endl;
	}
};

//在类外定义并初始化静态成员变量，由于定义时需要分配空间，所以不能在类声明中定义
int StaticTest::count = 0;


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{

	StaticTest test1(1);
	StaticTest test2(2);
	test1.Show();
	test2.Show();
	StaticTest::ShowCount();

	system("pause");
	return 0;
}

结果：

ID: 1 Count: 2
ID: 2 Count: 2
Count: 2
请按任意键继续. . .

关于静态成员函数注意的地方：

1）静态成员函数可以访问静态成员函数和静态成员变量。但是静态成员函数不能访问普通成员变量和普通成员函数。（因为静态成员函数没有this指针，属于共用）

2）非静态成员函数可以访问静态成员变量和静态成员函数。

3）定义在类外的静态成员函数不能加static，声明时加个static即可，定义时和普通成员函数相同。

4）静态成员函数与静态成员变量的调用规则一致，都不需要有对象就能调用。可以使用正常方法，也可以使用类名：：调用。