static详解
C++中的static
簡介
C#與C++的static有兩種用法：面向過程程序設計中的static和面向對象程序設計中的static。前者應用于普通變量和函數，不涉及類；后者主要說明static在類中的作用。
面向過程設計中的static
1、靜態(tài)全局變量
在全局變量前，加上關鍵字static，該變量就被定義成為一個靜態(tài)全局變量。我們先舉一個靜態(tài)全局變量的例子，如下：
//Example 1
#include <iostream.h>
void fn();
static int n; //定義靜態(tài)全局變量
void main()
{ n=20;
cout<<n<<endl;
fn();
}
void fn()
{ n++;
cout<<n<<endl;
}
靜態(tài)全局變量有以下特點：
該變量在全局數據區(qū)分配內存；
未經初始化的靜態(tài)全局變量會被程序自動初始化為0（ 在函數體內聲明的自動變量的值是隨機的，除非它被顯式初始化，而在函數體外被聲明的自動變量也會被初始化為0）；
靜態(tài)全局變量在聲明它的整個文件都是可見的，而在文件之外是不可見的；
靜態(tài)變量都在全局數據區(qū)分配內存，包括后面將要提到的靜態(tài)局部變量。對于一個完整的程序，在內存中的分布情況如下圖：
代碼區(qū) //low address
全局數據區(qū)
堆區(qū)
棧區(qū) //high address
一般程序把新產生的動態(tài)數據存放在堆區(qū)，函數內部的自動變量存放在棧區(qū)。自動變量一般會隨著函數的退出而釋放空間，靜態(tài)數據（即使是函數內部的靜 態(tài)局部變量）也存放在全局數據區(qū)。全局數據區(qū)的數據并不會因為函數的退出而釋放空間。細心的讀者可能會發(fā)現，Example 1中的代碼中將
static int n; //定義靜態(tài)全局變量
改為
int n; //定義全局變量
程序照樣正常運行。
的確，定義全局變量就可以實現變量在文件中的共享，但定義靜態(tài)全局變量還有以下好處：
靜態(tài)全局變量不能被其它文件所用；
其它文件中可以定義相同名字的變量，不會發(fā)生沖突；
您可以將上述示例代碼改為如下：
//Example 2//File1
#include <iostream.h>
void fn();
static int n; //定義靜態(tài)全局變量
void main()
{ n=20;
cout<<n<<endl;
fn();
}
//File2
#include <iostream.h>
extern int n;
void fn()
{ n++;
cout<<n<<endl;
}
編譯并運行Example 2，您就會發(fā)現上述代碼可以分別通過編譯，但運行時出現錯誤。 試著將
static int n; //定義靜態(tài)全局變量
改為
int n; //定義全局變量
再次編譯運行程序，細心體會全局變量和靜態(tài)全局變量的區(qū)別。
注意：全局變量和全局靜態(tài)變量的區(qū)別
1）全局變量是不顯式用static修飾的全局變量，但全局變量默認是動態(tài)的，作用域是整個工程，在一個文件內定義的全局變量，在另一個文件中，通過extern 全局變量名的聲明，就可以使用全局變量。
2）全局靜態(tài)變量是顯式用static修飾的全局變量，作用域是所在的文件，其他的文件即使用extern聲明也不能使用。
2、靜態(tài)局部變量
在局部變量前，加上關鍵字static，該變量就被定義成為一個靜態(tài)局部變量。
我們先舉一個靜態(tài)局部變量的例子，如下：
//Example 3
#include <iostream.h>
void fn();
void main()
{ fn();
fn();
fn();
}
void fn()
{ static int n=10;
cout<<n<<endl;
n++;
}
通常，在函數體內定義了一個變量，每當程序運行到該語句時都會給該局部變量分配棧內存。但隨著程序退出函數體，系統(tǒng)就會收回棧內存，局部變量也相應失效。
但有時候我們需要在兩次調用之間對變量的值進行保存。通常的想法是定義一個全局變量來實現。但這樣一來，變量已經不再屬于函數本身了，不再僅受函數的控制，給程序的維護帶來不便。
靜態(tài)局部變量正好可以解決這個問題。靜態(tài)局部變量保存在全局數據區(qū)，而不是保存在棧中，每次的值保持到下一次調用，直到下次賦新值。
靜態(tài)局部變量有以下特點：
該變量在全局數據區(qū)分配內存；
靜態(tài)局部變量在程序執(zhí)行到該對象的聲明處時被首次初始化，即以后的函數調用不再進行初始化；
靜態(tài)局部變量一般在聲明處初始化，如果沒有顯式初始化，會被程序自動初始化為0；
它始終駐留在全局數據區(qū)，直到程序運行結束。但其作用域為局部作用域，當定義它的函數或語句塊結束時，其作用域隨之結束；
3、靜態(tài)函數
在函數的返回類型前加上static關鍵字,函數即被定義為靜態(tài)函數。靜態(tài)函數與普通函數不同，它只能在聲明它的文件當中可見，不能被其它文件使用。
靜態(tài)函數的例子：
//Example 4
#include <iostream.h>
static void fn();//聲明靜態(tài)函數
void main()
{
fn();
}
void fn()//定義靜態(tài)函數
{ int n=10;
cout<<n<<endl;
}
定義靜態(tài)函數的好處：
靜態(tài)函數不能被其它文件所用；
其它文件中可以定義相同名字的函數，不會發(fā)生沖突；
面向對象的static關鍵字
（類中的static關鍵字）
1、靜態(tài)數據成員
在類內數據成員的聲明前加上關鍵字static，該數據成員就是類內的靜態(tài)數據成員。先舉一個靜態(tài)數據成員的例子。
//Example 5
#include <iostream.h>
class Myclass
{
public:
Myclass(int a,int b,int c);
void GetSum();
private:
int a,b,c;
static int Sum;//聲明靜態(tài)數據成員
};
int Myclass::Sum=0;//定義并初始化靜態(tài)數據成員
Myclass::Myclass(int a,int b,int c)
{ this->a=a;
this->b=b;
this->c=c;
Sum+=a+b+c;}
void Myclass::GetSum()
{ cout<<"Sum="<<Sum<<endl;
}
void main()
{ Myclass M(1,2,3);
M.GetSum();
Myclass N(4,5,6);
N.GetSum();
M.GetSum();}
可以看出，靜態(tài)數據成員有以下特點：
對于非靜態(tài)數據成員，每個類對象都有自己的拷貝。而靜態(tài)數據成員被當作是類的成員。無論這個類的對象被定義了多少個，靜態(tài)數據成員在程序中也只有一份拷 貝，由該類型的所有對象共享訪問。也就是說，靜態(tài)數據成員是該類的所有對象所共有的。對該類的多個對象來說，靜態(tài)數據成員只分配一次內存，供所有對象共 用。所以，靜態(tài)數據成員的值對每個對象都是一樣的，它的值可以更新；
靜態(tài)數據成員存儲在全局數據區(qū)。靜態(tài)數據成員定義時要分配空間，所以不能在類聲明中定義。在Example 5中，語句int Myclass::Sum=0;是定義靜態(tài)數據成員；
靜態(tài)數據成員和普通數據成員一樣遵從public,protected,private訪問規(guī)則；
因為靜態(tài)數據成員在全局數據區(qū)分配內存，屬于本類的所有對象共享，所以，它不屬于特定的類對象，在沒有產生類對象時其作用域就可見，即在沒有產生類的實例時，我們就可以操作它；
靜態(tài)數據成員初始化與一般數據成員初始化不同。靜態(tài)數據成員初始化的格式為：
<數據類型><類名>::<靜態(tài)數據成員名>=<值>
類的靜態(tài)數據成員有兩種訪問形式：
<類對象名>.<靜態(tài)數據成員名> 或 <類類型名>::<靜態(tài)數據成員名>
如果靜態(tài)數據成員的訪問權限允許的話（即public的成員），可在程序中，按上述格式來引用靜態(tài)數據成員 ；
靜態(tài)數據成員主要用在各個對象都有相同的某項屬性的時候。比如對于一個存款類，每個實例的利息都是相同的。所以，應該把利息設為存款類的靜態(tài)數據成員。這 有兩個好處，第一，不管定義多少個存款類對象，利息數據成員都共享分配在全局數據區(qū)的內存，所以節(jié)省存儲空間。第二，一旦利息需要改變時，只要改變一次， 則所有存款類對象的利息全改變過來了；
同全局變量相比，使用靜態(tài)數據成員有兩個優(yōu)勢：
靜態(tài)數據成員沒有進入程序的全局名字空間，因此不存在與程序中其它全局名字沖突的可能性；
可以實現信息隱藏。靜態(tài)數據成員可以是private成員，而全局變量不能；
2、靜態(tài)成員函數
與靜態(tài)數據成員一樣，我們也可以創(chuàng)建一個靜態(tài)成員函數，它為類的全部服務而不是為某一個類的具體對象服務。靜態(tài)成員函數與靜態(tài)數據成員一樣，都是類的內部 實現，屬于類定義的一部分。 普通的成員函數一般都隱含了一個this指針，this指針指向類的對象本身，因為普通成員函數總是具體的屬于某個類的具體對象的。通常情況下，this 是缺省的。如函數fn()實際上是this->fn()。但是與普通函數相比，靜態(tài)成員函數由于不是與任何的對象相聯(lián)系，因此它不具有this指 針。從這個意義上講，它無法訪問屬于類對象的非靜態(tài)數據成員，也無法訪問非靜態(tài)成員函數，它只能調用其余的靜態(tài)成員函數。 下面舉個靜態(tài)成員函數的例子。
//Example 6
#include <iostream.h>
class Myclass
{public:
Myclass(int a,int b,int c);
static void GetSum();/聲明靜態(tài)成員函數
private:
int a,b,c;
static int Sum;//聲明靜態(tài)數據成員
};
int Myclass::Sum=0;//定義并初始化靜態(tài)數據成員
Myclass::Myclass(int a,int b,int c)
{ this->a=a;
this->b=b;
this->c=c;
Sum+=a+b+c; //非靜態(tài)成員函數可以訪問靜態(tài)數據成員
}
void Myclass::GetSum() //靜態(tài)成員函數的實現
{// cout<<a<<endl; //錯誤代碼，a是非靜態(tài)數據成員
cout<<"Sum="<<Sum<<endl;
}
void main()
{ Myclass M(1,2,3);
M.GetSum();
Myclass N(4,5,6);
N.GetSum();
Myclass::GetSum();
}
關于靜態(tài)成員函數，可以總結為以下幾點：
出現在類體外的函數定義不能指定關鍵字static；
靜態(tài)成員之間可以相互訪問，包括靜態(tài)成員函數訪問靜態(tài)數據成員和訪問靜態(tài)成員函數；
非靜態(tài)成員函數可以任意地訪問靜態(tài)成員函數和靜態(tài)數據成員；
靜態(tài)成員函數不能訪問非靜態(tài)成員函數和非靜態(tài)數據成員；
由于沒有this指針的額外開銷，因此靜態(tài)成員函數與類的全局函數相比速度上會有少許的增長；
調用靜態(tài)成員函數，可以用成員訪問操作符(.)和(->)為一個類的對象或指向類對象的指針調用靜態(tài)成員函數，也可以直接使用如下格式：
<類名>::<靜態(tài)成員函數名>（<參數表>）
調用類的靜態(tài)成員函數。
作用
static靜態(tài)變量聲明符。 在聲明它的程序塊，子程序塊或函數內部有效，值保持，在整個程序期間分配存儲器空間，編譯器默認值0。
是C++中很常用的修飾符，它被用來控制變量的存儲方式和可見性。
為什么要引入static
函數內部定義的變量，在程序執(zhí)行到它的定義處時，編譯器為它在棧上分配空間，大家知道，函數在棧上分配的空間在此函數執(zhí)行結束時會釋放掉，這樣就產生了一個問題: 如果想將函數中此變量的值保存至下一次調用時，如何實現？ 最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義為一個全局變量有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變量的訪問范圍（使得在此函數中定義的變量，不僅僅受此函數控制）。
什么時候用static
需要一個數據對象為整個類而非某個對象服務,同時又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內部，對外不可見。
static的內部機制
靜態(tài)數據成員要在程序一開始運行時就必須存在。因為函數在程序運行中被調用，所以靜態(tài)數據成員不能在任何函數內分配空間和初始化。
這樣，它的空間分配有三個可能的地方，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內部實現，那里有類的成員函數定義；三是應用程序的main（）函數前的全局數據聲明和定義處。
靜態(tài)數據成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數據成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規(guī)格”，并不進行實際的內存分配，所以在類聲明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的源文件中，對其重復定義。
static被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態(tài)存儲區(qū)而非棧上空間，靜態(tài)
數據成員按定義出現的先后順序依次初始化，注意靜態(tài)成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。
static的優(yōu)勢
可以節(jié)省內存，因為它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，靜態(tài)數據成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態(tài)數據成員的值對每個對象都是一樣，但它的值是可以更新的。只要對靜態(tài)數據成員的值更新一次，保證所有對象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時間效率。
應用格式
引用靜態(tài)數據成員時，采用如下格式：
<類名>::<靜態(tài)成員名>
如果靜態(tài)數據成員的訪問權限允許的話(即public的成員)，可在程序中，按上述格式來引用靜態(tài)數據成員。
注意事項
(1)類的靜態(tài)成員函數是屬于整個類而非類的對象，所以它沒有this指針，這就導致了它僅能訪問類的靜態(tài)數據和靜態(tài)成員函數。
(2)不能將靜態(tài)成員函數定義為虛函數。
(3)由于靜態(tài)成員聲明于類中，操作于其外，所以對其取地址操作，就多少有些特殊，變量地址是指向其數據類型的指針 ，函數地址類型是一個“nonmember函數指針”。
(4)由于靜態(tài)成員函數沒有this指針，所以就差不多等同于nonmember函數，結果就產生了一個意想不到的好處：成為一個callback函數，使得我們得以將C++和C-based X Window系統(tǒng)結合，同時也成功的應用于線程函數身上。
(5)static并沒有增加程序的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態(tài)成員的訪問時間，節(jié)省了子類的內存空間。
(6)靜態(tài)數據成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static。
(7)靜態(tài)數據成員是靜態(tài)存儲的，所以必須對它進行初始化。
(8)靜態(tài)成員初始化與一般數據成員初始化不同:
初始化在類體外進行，而前面不加static，以免與一般靜態(tài)變量或對象相混淆；
初始化時不加該成員的訪問權限控制符private，public等；
初始化時使用作用域運算符來標明它所屬類；
所以我們得出靜態(tài)數據成員初始化的格式：
<數據類型><類名>::<靜態(tài)數據成員名>=<值>
(9)為了防止父類的影響，可以在子類定義一個與父類相同的靜態(tài)變量，以屏蔽父類的影響。這里有一點需要注意：我們說靜態(tài)成員為父類和子類共享，但我們有重復定義了靜態(tài)成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器采用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標志。在各通信公司的筆試面試中經常出現的考題就是static的作用及功能。
總結
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