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分类: C/C++

2008-05-15 19:00:17

static关键字是C, C++中都存在的关键字, 它主要有三种使用方式, 其中前两种只指在C语言中使用, 第三种在C++中使用(C,C++中具体细微操作不尽相同, 本文以C++为准). 
(1)局部静态变量 
(2)外部静态变量/函数 
(3)静态数据成员/成员函数 
下面就这三种使用方式及注意事项分别说明 

一、局部静态变量 
在C/C++中, 局部变量按照存储形式可分为三种auto, static, register 
( 谭浩强, 第174-175页) 
与auto类型(普通)局部变量相比, static局部变量有三点不同 
1. 存储空间分配不同 
auto类型分配在栈上, 属于动态存储类别, 占动态存储区空间, 函数调用结束后自动释放, 而static分配在静态存储区, 在程序整个运行期间都不释放. 两者之间的作用域相同, 但生存期不同. 
2. static局部变量在所处模块在初次运行时进行初始化工作, 且只操作一次 
3. 对于局部静态变量, 如果不赋初值, 编译期会自动赋初值0或空字符, 而auto类型的初值是不确定的. (对于C++中的class对象例外, class的对象实例如果不初始化, 则会自动调用默认构造函数, 不管是否是static类型) 

特点: static局部变量的”记忆性”与生存期的”全局性” 
所谓”记忆性”是指在两次函数调用时, 在第二次调用进入时, 能保持第一次调用退出时的值.  
示例程序一 
#include   

using namespace std; 

void staticLocalVar() 

 static int a = 0; // 运行期时初始化一次, 下次再调用时, 不进行初始化工作 
 cout < <"a=" <  ++a; 


int main() 

 staticLocalVar(); // 第一次调用, 输出a=0 
 staticLocalVar(); // 第二次调用, 记忆了第一次退出时的值, 输出a=1 
 return 0; 


应用: 
 利用”记忆性”, 记录函数调用的次数(示例程序一) 
   利用生存期的”全局性”, 改善”return a pointer / reference to a local object”的问题. Local object的问题在于退出函数, 生存期即结束,. 利用static的作用, 延长变量的生存期. 
示例程序二: 
// IP address to string format 
// Used in Ethernet Frame and IP Header analysis 
const char * IpToStr(UINT32 IpAddr) 

 static char strBuff[16]; // static局部变量, 用于返回地址有效 
 const unsigned char *pChIP = (const unsigned char *)&IpAddr; 
 sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u",  pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2], pChIP[3]); 
 return strBuff; 


注意事项: 
1. “记忆性”, 程序运行很重要的一点就是可重复性, 而static变量的”记忆性”破坏了这种可重复性, 造成不同时刻至运行的结果可能不同. 
2. “生存期”全局性和唯一性. 普通的local变量的存储空间分配在stack上, 因此每次调用函数时, 分配的空间都可能不一样, 而static具有全局唯一性的特点, 每次调用时, 都指向同一块内存, 这就造成一个很重要的问题 ---- 不可重入性!!! 
这样在多线程程序设计或递归程序设计中, 要特别注意这个问题. 
(不可重入性的例子可以参见 (影印版)第103-105页) 
下面针对示例程序二, 分析在多线程情况下的不安全性.(为方便描述, 标上行号) 
① const char * IpToStr(UINT32 IpAddr) 
② { 
③  static char strBuff[16]; // static局部变量, 用于返回地址有效 
④  const unsigned char *pChIP = (const unsigned char *)&IpAddr; 
⑤  sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u",  pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2], pChIP[3]); 
⑥  return strBuff; 
⑦ } 
假设现在有两个线程A,B运行期间都需要调用IpToStr()函数, 将32位的IP地址转换成点分10进制的字符串形式. 现A先获得执行机会, 执行IpToStr(), 传入的参数是0x0B090A0A, 顺序执行完应该返回的指针存储区内容是:”10.10.9.11”, 现执行到⑥时, 失去执行权, 调度到B线程执行, B线程传入的参数是0xA8A8A8C0, 执行至⑦, 静态存储区的内容是192.168.168.168. 当再调度到A执行时, 从⑥继续执行, 由于strBuff的全局唯一性, 内容已经被B线程冲掉, 此时返回的将是192.168.168.168字符串, 不再是10.10.9.11字符串. 

二、外部静态变量/函数 
在C中static有了第二种含义:用来表示不能被其它文件访问的全局变量和函数。, 但为了限制全局变量/函数的作用域, 函数或变量前加static使得函数成为静态函数。但此处“static”的含义不是指存储方式,而是指对函数的作用域仅局限于本文件(所以又称内部函数)。注意此时, 对于外部(全局)变量, 不论是否有static限制, 它的存储区域都是在静态存储区, 生存期都是全局的. 此时的static只是起作用域限制作用, 限定作用域在本模块(文件)内部. 
使用内部函数的好处是:不同的人编写不同的函数时,不用担心自己定义的函数,是否会与其它文件中的函数同名。 
示例程序三: 
  
//file1.cpp 

static int varA; 
int varB; 
extern void funA() 

…… 


static void funB() 

…… 


//file2.cpp 

extern int varB; // 使用file1.cpp中定义的全局变量 
extern int varA; // 错误! varA是static类型, 无法在其他文件中使用 
extern vod funA(); // 使用file1.cpp中定义的函数 
extern void funB(); // 错误! 无法使用file1.cpp文件中static函数 

  

三、静态数据成员/成员函数(C++特有) 
C++重用了这个关键字,并赋予它与前面不同的第三种含义:表示属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数. 这是与普通成员函数的最大区别, 也是其应用所在, 比如在对某一个类的对象进行计数时, 计数生成多少个类的实例, 就可以用到静态数据成员. 在这里面, static既不是限定作用域的, 也不是扩展生存期的作用, 而是指示变量/函数在此类中的唯一性. 这也是”属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数”的含义. 因为它是对整个类来说是唯一的, 因此不可能属于某一个实例对象的. (针对静态数据成员而言, 成员函数不管是否是static, 在内存中只有一个副本, 普通成员函数调用时, 需要传入this指针, static成员函数调用时, 没有this指针. ) 
请看示例程序四( (影印版)第59页) 
class EnemyTarget { 
public: 
  EnemyTarget() { ++numTargets; } 
  EnemyTarget(const EnemyTarget&) { ++numTargets; } 
  ~EnemyTarget() { --numTargets; } 
  static size_t numberOfTargets() { return numTargets; } 
  bool destroy();   // returns success of attempt to destroy EnemyTarget object 
private: 
  static size_t numTargets;               // object counter 
}; 
// class statics must be defined outside the class; 
// initialization is to 0 by default 
size_t EnemyTarget::numTargets; 

在这个例子中, 静态数据成员numTargets就是用来计数产生的对象个数的. 
另外, 在设计类的多线程操作时, 由于POSIX库下的线程函数pthread_create()要求是全局的, 普通成员函数无法直接做为线程函数, 可以考虑用Static成员函数做线程函数. 
 
==============================
静态类成员包括静态数据成员和静态函数成员两部分。  
   
      一   静态数据成员:  
   
      类体中的数据成员的声明前加上static关键字,该数据成员就成为了该类的静态数据成员。和其他数据成员一样,静态数据成员也遵守public/protected/private访问规则。同时,静态数据成员还具有以下特点:  
   
        1.静态数据成员的定义。  
            静态数据成员实际上是类域中的全局变量。所以,静态数据成员的定义(初始化)不应该被放在头文件中。  
        其定义方式与全局变量相同。举例如下:  
   
        xxx.h文件  
        class   base{  
            private:  
            static   const   int   _i;//声明,标准c++支持有序类型在类体中初始化,但vc6不支持。  
        };    
   
        xxx.cpp文件  
        const   int   base::_i=10;//定义(初始化)时不受private和protected访问限制.  
   
        注:不要试图在头文件中定义(初始化)静态数据成员。在大多数的情况下,这样做会引起重复定义这样的错误。即使加上#ifndef   #define   #endif或者#pragma   once也不行。  
   
        2.静态数据成员被 类 的所有对象所共享,包括该类派生类的对象。即派生类对象与基类对象共享基类的静态数据成员。举例如下:  
        class   base{  
              public   :  
              static   int   _num;//声明  
        };  
        int   base::_num=0;//静态数据成员的真正定义  
   
        class   derived:public   base{  
        };  
   
        main()  
        {  
            base   a;  
            derived   b;  
            a._num++;  
            cout<<"base   class   static   data   number   _num   is"<            b._num++;  
            cout<<"derived   class   static   data   number   _num   is"<        }  
        //   结果为1,2;可见派生类与基类共用一个静态数据成员。  
   
      3.静态数据成员可以成为成员函数的可选参数,而普通数据成员则不可以。举例如下:  
      class   base{  
          public   :  
          static   int   _staticVar;  
          int   _var;  
          void   foo1(int   i=_staticVar);//正确,_staticVar为静态数据成员  
          void   foo2(int   i=_var);//错误,_var为普通数据成员  
      };          
       
    4.★静态数据成员的类型可以是所属类的类型,而普通数据成员则不可以。普通数据成员的只能声明为   所属类类型的   指针或引用。举例如下:  
       
      class   base{  
          public   :  
          static   base   _object1;//正确,静态数据成员  
          base   _object2;//错误  
          base   *pObject;//正确,指针  
          base   &mObject;//正确,引用  
      };  
   
    5.★这个特性,我不知道是属于标准c++中的特性,还是vc6自己的特性。  
        静态数据成员的值在const成员函数中可以被合法的改变。举例如下:  
   
      class   base{  
          public:  
          base(){_i=0;_val=0;}  
   
          mutable   int   _i;  
          static   int   _staticVal;    
          int   _val;  
          void   test()   const{//const   成员函数  
   
                _i++;//正确,mutable数据成员  
                _staticVal++;//正确,static数据成员  
                _val++;//错误  
   
          }  
      };  
      int   base::_staticVal=0;  
   
  二,静态成员函数  
      静态成员函数没有什么太多好讲的。  
   
      1.静态成员函数的地址可用普通函数指针储存,而普通成员函数地址需要用   类成员函数指针来储存。举例如下:  
          class   base{  
              static   int   func1();  
              int   func2();  
          };  
   
          int   (*pf1)()=&base::func1;//普通的函数指针  
          int   (base::*pf2)()=&base::func2;//成员函数指针  
   
   
      2.静态成员函数不可以调用类的非静态成员。因为静态成员函数不含this指针。  
   
      3.静态成员函数不可以同时声明为   virtual、const、volatile函数。举例如下:  
        class   base{  
              virtual   static   void   func1();//错误  
              static   void   func2()   const;//错误  
              static   void   func3()   volatile;//错误  
        };  
   
   
  最后要说的一点是,静态成员是可以独立访问的,也就是说,无须创建任何对象实例就可以访问。
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