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2012-11-01 11:22:35

原文地址:C++中的static 作者:graylocus

C++的static有两种用法:面向过程程序设计中的static和面向对象程序设计中的static。前者应用于普通变量和函数,不涉及类;后者主要说明static在类中的作用。 

  一、面向过程设计中的static 

  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: 
  //Example 1
  #include
  void fn();
  static int n; //定义静态全局变量
  void main()
  { n=20; 
  cout<
  fn();
  }
  void fn()
  { n++;
  cout<
  } 
  静态全局变量有以下特点: 
  该变量在全局数据区分配内存; 
  未经初始化的静态全局变量会被程序自动初始化为0(自动变量的值是随机的,除非它被显式初始化); 
  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; 
  静态变量都在全局数据区分配内存,包括后面将要提到的静态局部变量。对于一个完整的程序,在内存中的分布情况如下图: 
  代码区 
  全局数据区 
  堆区 
  栈区 
  一般程序的由new产生的动态数据存放在堆区,函数内部的自动变量存放在栈区。自动变量一般会随着函数的退出而释放空间,静态数据(即使是函数内部的静 态局部变量)也存放在全局数据区。全局数据区的数据并不会因为函数的退出而释放空间。细心的读者可能会发现,Example 1中的代码中将 
  static int n; //定义静态全局变量 
  改为 
  int n; //定义全局变量 
  程序照样正常运行。 
  的确,定义全局变量就可以实现变量在文件中的共享,但定义静态全局变量还有以下好处: 
  静态全局变量不能被其它文件所用; 
  其它文件中可以定义相同名字的变量,不会发生冲突; 
  您可以将上述示例代码改为如下: 
  //Example 2//File1
  #include
  void fn();
  static int n; //定义静态全局变量
  void main()
  { n=20; 
  cout<
  fn();
  }
  //File2
  #include
  extern int n;
  void fn()
  { n++; 
  cout<
  } 
  编译并运行Example 2,您就会发现上述代码可以分别通过编译,但运行时出现错误。 试着将 
  static int n; //定义静态全局变量 
  改为 
  int n; //定义全局变量 
  再次编译运行程序,细心体会全局变量和静态全局变量的区别。 

  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。 
  我们先举一个静态局部变量的例子,如下: 
  //Example 3
  #include
  void fn();
  void main()
  { fn();
  fn();
  fn();
  }
  void fn()
  { static int n=10; 
  cout<
  n++;
  } 
  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。 
  但有时候我们需要在两次调用之间对变量的值进行保存。通常的想法是定义一个全局变量来实现。但这样一来,变量已经不再属于函数本身了,不再仅受函数的控制,给程序的维护带来不便。 
  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: 
  该变量在全局数据区分配内存; 
  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; 
  静态局部变量一般在声明处初始化,如果没有显式初始化,会被程序自动初始化为0; 
  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。 
  静态函数的例子: 
  //Example 4
  #include
  static void fn();//声明静态函数
  void main()
  {
  fn();
  }
  void fn()//定义静态函数
  { int n=10;
  cout<
  } 
  定义静态函数的好处: 
  静态函数不能被其它文件所用; 
  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。 
  //Example 5
  #include
  class Myclass
  {
  public:
  Myclass(int a,int b,int c); 
  void GetSum();
  private:
  int a,b,c;
  static int Sum;//声明静态数据成员
  };

  int Myclass::Sum=0;//定义并初始化静态数据成员

  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="<
  }

  void main()
  { Myclass M(1,2,3); 
  M.GetSum();
  Myclass N(4,5,6); 
  N.GetSum();
  M.GetSum();} 

  可以看出,静态数据成员有以下特点: 
  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; 
  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。在Example 5中,语句int Myclass::Sum=0;是定义静态数据成员; 
  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; 
  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 ; 
  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; 
  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 
  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。 下面举个静态成员函数的例子。 
  //Example 6
  #include
  class Myclass
  {public:
  Myclass(int a,int b,int c);
  static void GetSum();/声明静态成员函数
  private:
  int a,b,c; 
  static int Sum;//声明静态数据成员
  };
  int Myclass::Sum=0;//定义并初始化静态数据成员
  Myclass::Myclass(int a,int b,int c)
  { this.a=a;
  this.b=b;
  this.c=c; 
  Sum+=a+b+c; //非静态成员函数可以访问静态数据成员
  }
  void Myclass::GetSum() //静态成员函数的实现
  {// cout<
  cout<<"Sum="<
  }
  void main()
  { Myclass M(1,2,3);
  M.GetSum(); 
  Myclass N(4,5,6);
  N.GetSum(); 
  Myclass::GetSum();
  } 
  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。
  ===============================================================================================
  static静态变量声明符。 在声明它的程序块,子程序块或函数内部有效,值保持,在整个程序期间分配存储器空间,编译器默认值0。
  是C++中很常用的修饰符,它被用来控制变量的存储方式和可见性。
  2、为什么要引入static?
  函数内部定义的变量,在程序执行到它的定义处时,编译器为它在栈上分配空间,大家知道,函数在栈上分配的空间在此函数执行结束时会释放掉,这样就产生了一个问题: 如果想将函数中此变量的值保存至下一次调用时,如何实现? 最容易想到的方法是定义一个全局的变量,但定义为一个全局变量有许多缺点,最明显的缺点是破坏了此变量的访问范围(使得在此函数中定义的变量,不仅仅受此函数控制)。
  3、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。
  4、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。
  5、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。
  6、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。
  7、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 W
  indow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,相反她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。 C++中的static函数  static 函数内部函数和外部函数
  当一个源程序由多个源文件组成时,C语言根据函数能否被其它源文件中的函数调用,将函数分为内部函数和外部函数。
  1 内部函数(又称静态函数)
  如果在一个源文件中定义的函数,只能被本文件中的函数调用,而不能被同一程序其它文件中的函数调用,这种函数称为内部函数。
  定义一个内部函数,只需在函数类型前再加一个“static”关键字即可,如下所示:
  static 函数类型 函数名(函数参数表)
  {……}
  关键字“static”,译成中文就是“静态的”,所以内部函数又称静态函数。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。
  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,因为同名也没有关系。
  2 外部函数
  外部函数的定义:在定义函数时,如果没有加关键字“static”,或冠以关键字“extern”,表示此函数是外部函数:
  [extern] 函数类型 函数名(函数参数表)
  {……}
  调用外部函数时,需要对其进行说明:
  [extern] 函数类型 函数名(参数类型表)[,函数名2(参数类型表2)……];
  [案例]外部函数应用。
  (1)文件mainf.c
  main()
  { extern void input(…),process(…),output(…);
  input(…); process(…); output(…);
  }
  (2)文件subf1.c
  ……
  extern void input(……) /*定义外部函数*/
  {……}
  (3)文件subf2.c
  ……
  extern void process(……) /*定义外部 函数*/
  {……}
  (4)文件subf3.c
  ……
  extern void output(……) /*定义外部函数*/
  {……}
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