C语言 ---- 关键字 static

1. static 的三种用法

static 关键字主要有以下三种用法：

1. 修饰局部变量：改变局部变量的生命周期。

2. 修饰全局变量：限制全局变量的作用域。

3. 修饰函数：限制函数的作用域。

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1. static 修饰局部变量

当 static 用于修饰局部变量时，它会改变该变量的生命周期，但不会改变其作用域。使其变为静态存储方式(静态数据区，且初始化只会初始化一次)，那么这个局部变量在函数执行完成之后不会被释放，而是继续保留在内存中。

（1）特点：

• 生命周期：

  • 局部变量的生命周期从函数第一次调用开始，到程序结束为止。

  • 即使函数调用结束，变量的值也不会被销毁。

• 作用域：

  • 变量的作用域仍然仅限于定义它的函数内部。

• 初始化：

  • 静态局部变量只初始化一次，默认初始化为 0。

（2）示例：

#include <stdio.h>

void func() 
{
    static int count = 0; // 静态局部变量
    count++;
    printf("Count = %d\n", count);
}

int main() {
    func(); // 输出 Count = 1
    func(); // 输出 Count = 2
    func(); // 输出 Count = 3
    return 0;
}

• 分析：

  • count 是一个静态局部变量，它的值在函数调用之间保持不变。

  • 每次调用 func 时，count 的值会递增。

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2. static 修饰全局变量

当 static 用于修饰全局变量时，它会限制该变量的作用域。使其只在本文件内部有效，而其他文件不可连接或引用该变量。static在修改全局变量，只能本文使用，相当于私有。

（1）特点：

• 作用域：

  • 静态全局变量的作用域仅限于定义它的文件内部。

  • 其他文件无法访问该变量。

• 生命周期：

  • 静态全局变量的生命周期与程序运行时间相同。

（2）示例：

// file1.c
#include <stdio.h>

static int file_scope_var = 100; // 静态全局变量

void print_var() 
{
    printf("file_scope_var = %d\n", file_scope_var);
}

// file2.c
extern void print_var();

int main() 
{
    print_var(); // 输出 file_scope_var = 100
    // printf("%d\n", file_scope_var); // 错误：file_scope_var 不可见
    return 0;
}

• 分析：

  • file_scope_var 是一个静态全局变量，只能在 file1.c 中访问。

  • 在 file2.c 中无法直接访问 file_scope_var。

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3. static 修饰函数

当 static 用于修饰函数时，它会限制该函数的作用域。对函数的连接方式产生影响，使得函数只在本文件内部有效，对其他文件是不可见的（这一点在大工程中很重要很重要，避免很多麻烦，很常见）。这样的函数又叫作静态函数。使用静态函数的好处是，不用担心与其他文件的同名函数产生干扰，另外也是对函数本身的一种保护机制。

（1）特点：

• 作用域：

  • 静态函数的作用域仅限于定义它的文件内部。

  • 其他文件无法调用该函数。

• 用途：

  • 用于隐藏函数的实现细节，避免命名冲突。

（2）示例：

// file1.c
#include <stdio.h>

static void helper_function() 
{ // 静态函数
    printf("This is a helper function.\n");
}

void public_function() 
{
    helper_function(); // 可以调用静态函数
}

// file2.c
extern void public_function();

int main() 
{
    public_function(); // 输出 This is a helper function.
    // helper_function(); // 错误：helper_function 不可见
    return 0;
}

• 分析：

  • helper_function 是一个静态函数，只能在 file1.c 中调用。

  • public_function 是一个普通函数，可以在其他文件中调用。

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2. static 的总结

用法	作用域	生命周期	初始化
修饰局部变量	仅限于函数内部	从第一次调用到程序结束	只初始化一次，默认值为 0
修饰全局变量	仅限于定义它的文件内部	与程序运行时间相同	默认初始化为 0
修饰函数	仅限于定义它的文件内部	与程序运行时间相同	-

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3. static 的常见用途

1. 计数器：

   • 使用静态局部变量实现函数调用计数器。

   void func() 
   {
       static int count = 0;
       count++;
       printf("Function called %d times\n", count);
   }

2. 单例模式：

   • 使用静态局部变量实现单例模式。

   MyClass* get_instance() 
   {
       static MyClass instance;
       return &instance;
   }

3. 隐藏实现细节：

   • 使用静态函数和静态全局变量隐藏模块的实现细节。

   static int internal_var = 0;
   
   static void internal_function() 
   {
       // 内部实现
   }
   
   void public_function() 
   {
       internal_function();
   }

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4. 注意事项

• 线程安全问题：

  • 静态局部变量在多线程环境中可能会导致竞争条件（Race Condition）。

  • 需要使用锁或其他同步机制来保护静态变量。

• 内存占用：

  • 静态变量的生命周期与程序运行时间相同，可能会增加程序的内存占用。

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5. 总结

• static 关键字用于控制变量和函数的作用域和生命周期。

• 静态局部变量的生命周期与程序运行时间相同，但作用域仅限于函数内部。

• 静态全局变量和静态函数的作用域仅限于定义它们的文件内部。

• static 是 C/C++ 中实现模块化设计和隐藏实现细节的重要工具。