【每日一题】系列之《C++中static的用法》

一文学透C++中static的用法

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static 是 C++ 中一个多功能的关键字，用于控制变量的存储方式和可见性，以及类成员的行为。

1. static 用于局部变量

• 作用：当 static 用于局部变量时，变量的生命周期会扩展到整个程序的生命周期。它的作用范围仍然是局部的，但它不会在每次进入函数时重新分配内存，而是在函数首次调用时初始化一次，并且在后续的函数调用中保持上次修改的值。

• 用法：

  void func() {
      static int count = 0;  // 局部静态变量
      count++;
      std::cout << "调用次数: " << count << std::endl;
  }
  
  int main() {
      func();  // 输出: 调用次数: 1
      func();  // 输出: 调用次数: 2
      func();  // 输出: 调用次数: 3
      return 0;
  }
  

  • 解释：count 是一个局部静态变量，它只会在第一次调用 func() 时初始化。后续的调用不会重新初始化它，因此它保存并递增之前的值。

• 特点：

  • 局部静态变量在函数调用间共享其值。
  • 只会初始化一次，且在程序退出时销毁。

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2. static 用于全局变量和函数

• 作用：当 static 用于全局变量或函数时，它使得该变量或函数的作用域仅限于声明它的文件。这意味着它不能被其他文件访问，起到了封装和避免命名冲突的作用。

• 用法：

  // file1.cpp
  static int global_var = 10;  // 静态全局变量
  
  static void func() {         // 静态函数
      std::cout << "Hello from func!" << std::endl;
  }
  
  // file2.cpp
  // extern int global_var;   // 不能引用 file1.cpp 中的 global_var
  // extern void func();       // 不能引用 file1.cpp 中的 func()
  

• 特点：

  • static 限制了全局变量和函数的可见性，避免了与其他文件中同名的变量和函数产生冲突。
  • 适用于内部实现细节，不希望外部访问的函数和变量。

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3. static 用于类成员变量

• 作用：当 static 用于类成员变量时，意味着该变量是类的共享成员，而不是每个对象都有一份拷贝。所有该类的对象共享同一份静态成员变量。

• 用法：

  class MyClass {
  public:
      static int count;  // 静态成员变量
  
      MyClass() {
          count++;
      }
  
      static void displayCount() {
          std::cout << "对象数量: " << count << std::endl;
      }
  };
  
  // 定义静态成员变量
  int MyClass::count = 0;
  
  int main() {
      MyClass obj1;
      MyClass obj2;
      MyClass obj3;
      MyClass::displayCount();  // 输出: 对象数量: 3
      return 0;
  }
  

  • 解释：count 是一个静态成员变量，属于 MyClass 类，而不是某个特定的对象。因此，所有对象共享该变量，而不是每个对象都有一份拷贝。
  • 初始化：静态成员变量必须在类外进行初始化，如 int MyClass::count = 0;。

• 特点：

  • 静态成员变量可以通过类名或对象名访问，但通常推荐使用类名。
  • 静态成员变量在所有对象之间共享，且它的生命周期从程序开始到程序结束。

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4. static 用于类成员函数

• 作用：当 static 用于类的成员函数时，该函数成为类的静态成员函数。静态成员函数只能访问静态成员变量或静态成员函数，不能直接访问类的非静态成员。

• 用法：

  class MyClass {
  public:
      static int count;
  
      MyClass() {
          count++;
      }
  
      static void displayCount() {
          std::cout << "对象数量: " << count << std::endl;
      }
  };
  
  int MyClass::count = 0;
  
  int main() {
      MyClass obj1;
      MyClass obj2;
      MyClass obj3;
  
      // 可以通过类名直接调用静态成员函数
      MyClass::displayCount();  // 输出: 对象数量: 3
  
      return 0;
  }
  

  • 解释：displayCount 是一个静态成员函数，它可以通过 MyClass::displayCount() 直接调用，而不需要创建 MyClass 的对象。静态成员函数不能访问类的实例数据成员，只能访问静态数据成员。

• 特点：

  • 静态成员函数不需要对象实例即可调用。
  • 只能访问类的静态成员。

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总结：static 的各种用法

用法	描述	影响
局部静态变量	局部变量只初始化一次，保持其值跨多个函数调用	生命周期为程序运行期间，作用域仅限于函数内部
静态全局变量/函数	限制全局变量或函数的作用域，仅限于定义它的文件	不能被外部访问，避免命名冲突
类成员静态变量	使得类成员变量在所有对象之间共享	生命周期为程序运行期间，所有对象共享一份
类成员静态函数	使得类成员函数不依赖于具体对象，可以直接通过类名调用	不能访问实例成员，只能访问静态成员