Static关键字的作用

一   普通的static关键字

1.  静态全局变量 　 　

在全局变量前，加上关键字static，该变量就被定义成为一个静态全局变量。我们先举一个静态全局变量的例子，如下：

1.1 该变量在全局数据区分配内存； 　　

(1)未经初始化的静态全局变量会被程序自动初始化为0（ 在函数体内声明的自动变量的值是随机的，除非它被显式初始化，而在函数体外被声明的自动变量也会被初始化为0）； 　　

(2)静态全局变量在声明它的整个文件都是可见的，而在文件之外是不可见的；

(3)静态全局变量不能被其它文件所用； 　　

(4)其它文件中可以定义相同名字的变量，不会发生冲突；

1.2 全局变量和全局静态变量的区别：

1）全局变量是不显式用static修饰的全局变量，但全局变量默认是动态的，作用域是整个工程，在一个文件内定义的全局变量，在另一个文件中，通过extern 全局变量名的声明，就可以使用全局变量。 　　
2）全局静态变量是显式用static修饰的全局变量，作用域是所在的文件，其他的文件即使用extern声明也不能使用。

2.  静态局部变量 　　

在局部变量前，加上关键字static，该变量就被定义成为一个静态局部变量。通常，在函数体内定义了一个变量，每当程序运行到该语句时都会给该局部变量分配栈内存。但随着程序退出函数体，系统就会收回栈内存，局部变量也相应失效。

静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区，而不是保存在栈中，每次的值保持到下一次调用，直到下次赋新值。 　　

静态局部变量有以下特点： 　　

(1)该变量在全局数据区分配内存； 　　

(2)静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化，即以后的函数调用不再进行初始化； 　　

(3)静态局部变量若在声明处未赋以初值，则系统自动初始化为0； 　　

(4)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 　

在函数的返回类型前加上static关键字,函数即被定义为静态函数。静态函数与普通函数不同，它只能在声明它的文件当中可见，不能被其它文件使用。

定义静态函数的好处：

(1)静态函数不能被其它文件所用； 　　

(2)其它文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突；

二   面向对象的static关键字（类中的static关键字）

1. 静态数据成员 　　

在类内数据成员的声明前加上关键字static，该数据成员就是类内的静态数据成员。先举一个静态数据成员的例子。

(1)对于非静态数据成员，每个类对象都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成员。无论这个类的对象被定义了多少个，静态数据成员在程序中也只有一份拷贝，由该类型的所有对象共享访问。也就是说，静态数据成员是该类的所有对象所共有的。对该类的多个对象来说，静态数据成员只分配一次内存，供所有对象共用。所以，静态数据成员的值对每个对象都是一样的，它的值可以更新；

(2)静态数据成员存储在全局数据区。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。

(3)静态数据成员和普通数据成员一样遵从public,protected,private访问规则。因为静态数据成员在全局数据区分配内存，属于本类的所有对象共享，所以，它不属于特定的类对象，在没有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。

(4)静态数据成员初始化与一般数据成员初始化不同。

静态数据成员初始化的格式为： 　　

<数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值> 　　

类的静态数据成员有两种访问形式： 　　

<类对象名>.<静态数据成员名> 或 <类类型名>::<静态数据成员名> 　　

如果静态数据成员的访问权限允许的话（即public的成员），可在程序中按上述格式来引用静态数据成员 。

(5)静态数据成员主要用在各个对象都有相同的某项属性的时候。

比如对于一个存款类，每个实例的利息都是相同的。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数据区的内存，所以节省存储空间。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。

(6)同全局变量相比，使用静态数据成员有两个优势： 　　

静态数据成员没有进入程序的全局名字空间，因此不存在与程序中其它全局名字冲突的可能性； 　　

可以实现信息隐藏。静态数据成员可以是private成员，而全局变量不能。

2. 静态成员函数 　　

(1)与静态数据成员一样，我们也可以创建一个静态成员函数，它为类的全部服务而不是为某一个类的具体对象服务。静态成员函数与静态数据成员一样，都是类的内部实现，属于类定义的一部分。

普通的成员函数一般都隐含了一个this指针，this指针指向类的对象本身，因为普通成员函数总是具体的属于某个类的具体对象的。通常情况下，this 是缺省的。如函数fn()实际上是this->fn()。 但是与普通函数相比，静态成员函数由于不是与任何的对象相联系，因此它不具有this指针。从这个意义上讲，它无法访问属于类对象的非静态数据成员，也无法访问非静态成员函数，它只能调用其余的静态成员函数。

(2)关于静态成员函数，可以总结为以下几点： 　　

出现在类体外的函数定义不能指定关键字static； 　　

静态成员之间可以相互访问，包括静态成员函数访问静态数据成员和访问静态成员函数； 　　

非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据成员； 　　

静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员； 　　

由于没有this指针的额外开销，因此静态成员函数与类的全局函数相比速度上会有少许的增长； 　　

调用静态成员函数，可以用成员访问操作符(.)和(->)为一个类的对象或指向类对象的指针调用静态成员函数，也可以直接使用如下格式：

<类名>::<静态成员函数名>（<参数表>）调用类的静态成员函数。

3. 小结

3.1 什么时候用static

需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务,同时又力求不破坏类的封装性，即要求此成员隐藏在类的内部，对外不可见。

3.2 static的内部机制

静态数据成员要在程序一开始运行时就必须存在。因为函数在程序运行中被调用，所以静态数据成员不能在任何函数内分配空间和初始化。这样，它的空间分配有三个可能的地方，一是作为类的外部接口的头文件，那里有类声明；二是类定义的内部实现，那里有类的成员函数定义；三是应用程序的main（）函数前的全局数据声明和定义处。 　　
静态数据成员要实际地分配空间，故不能在类的声明中定义（只能声明数据成员）。类声明只声明一个类的“尺寸和规格”，并不进行实际的内存分配，所以在类声明中写成定义是错误的。它也不能在头文件中类声明的外部定义，因为那会造成在多个使用该类的源文件中，对其重复定义。 　　
static被引入以告知编译器，将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空间，静态数据成员按定义出现的先后顺序依次初始化，注意静态成员嵌套时，要保证所嵌套的成员已经初始化了。消除时的顺序是初始化的反顺序。

3.3 static的优势

可以节省内存，因为它是所有对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供所有对象共用。静态数据成员的值对每个对象都是一样，但它的值是可以更新的。只要对静态数据成员的值更新一次，保证所有对象存取更新后的相同的值，这样可以提高时间效率。

3.4 应用格式

引用静态数据成员时，采用如下格式： 　　

<类名>::<静态成员名> 　　

如果静态数据成员的访问权限允许的话(即public的成员)，可在程序中，按上述格式来引用静态数据成员。

3.5 注意事项

(1)类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，这就导致了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。 　　

(2)不能将静态成员函数定义为虚函数。 　　

(3)由于静态成员声明于类中，操作于其外，所以对其取地址操作，就多少有些特殊，变量地址是指向其数据类型的指针 ，函数地址类型是一个“nonmember函数指针”

(4)由于静态成员函数没有this指针，所以就差不多等同于nonmember函数，结果就产生了一个意想不到的好处：成为一个callback函数，使得我们得以将C++和C-based X Window系统结合，同时也成功的应用于线程函数身上。 　　

(5)static并没有增加程序的时空开销，相反它还缩短了子类对父类静态成员的访问时间，节省了子类的内存空间。 　　

(6)静态数据成员在<定义或说明>时前面加关键字static。 　　

(7)静态数据成员是静态存储的，所以必须对它进行初始化。 　　

(8)静态成员初始化与一般数据成员初始化不同: 　　

初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆； 　　

初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等； 　　

初始化时使用作用域运算符来标明它所属类； 　　

所以我们得出静态数据成员初始化的格式： 　　 <数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值> 　　

(9)为了防止父类的影响，可以在子类定义一个与父类相同的静态变量，以屏蔽父类的影响。

这里有一点需要注意：我们说静态成员为父类和子类共享，但我们有重复定义了静态成员，这会不会引起错误呢？不会，我们的编译器采用了一种绝妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的标志。在各通信公司的笔试面试中经常出现的考题就是static的作用及功能。