面試:C++中static關鍵字的作用(轉)

C++的static有兩種用法:面向過程程序設計中的static和麪向對象程序設計中的static。前者應用於普通變量和函數,不涉及類;後者主要說明static在類中的作用。

1.面向過程設計中的static
1.1靜態全局變量
在全局變量前,加上關鍵字static,該變量就被定義成爲一個靜態全局變量。我們先舉一個靜態全局變量的例子,如下:

//Example 1
#include <iostream.h>
void fn();
static int n; //定義靜態全局變量
void main()
{
   n=20;
   cout<<n<<endl;
   fn();
}

void fn()
{
   n++;
   cout<<n<<endl;
}

靜態全局變量有以下特點:
• 該變量在全局數據區分配內存;
• 未經初始化的靜態全局變量會被程序自動初始化爲0(自動變量的值是隨機的,除非它被顯式初始化);
• 靜態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; 

靜態變量都在全局數據區分配內存,包括後面將要提到的靜態局部變量。對於一個完整的程序,在內存中的分佈情況如下圖: 
代碼區
全局數據區
堆區
棧區
一般程序的由new產生的動態數據存放在堆區,函數內部的自動變量存放在棧區。自動變量一般會隨着函數的退出而釋放空間,靜態數據(即使是函數內部的靜態局部變量)也存放在全局數據區。全局數據區的數據並不會因爲函數的退出而釋放空間。細心的讀者可能會發現,Example 1中的代碼中將 “static int n; //定義靜態全局變量”改爲“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,但定義靜態全局變量還有以下好處:
• 靜態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,不會發生衝突;

您可以將上述示例代碼改爲如下:

//Example 2
//File1
#include <iostream.h>
void fn();
static int n; //定義靜態全局變量
void main()
{
   n=20;
   cout<<n<<endl;
   fn();
}

//File2
#include <iostream.h>
extern int n;
void fn()
{
   n++;
   cout<<n<<endl;
}

編譯並運行Example 2,您就會發現上述代碼可以分別通過編譯,但運行時出現錯誤。試着將 “static int n; //定義靜態全局變量”改爲 “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”靜態全局變量”的區別。

1.2.靜態局部變量
在局部變量前,加上關鍵字static,該變量就被定義成爲一個靜態局部變量。 我們先舉一個靜態局部變量的例子,如下:


//Example 3
#include <iostream.h>
void fn();
void main()
{
   fn();
   fn();
   fn();
}
void fn()
{
   static 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。但隨着程序退出函數體,系統就會收回棧內存,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,變量已經不再屬於函數本身了,不再僅受函數的控制,給程序的維護帶來不便。
靜態局部變量正好可以解決這個問題。靜態局部變量保存在全局數據區,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。
靜態局部變量有以下特點:
• 該變量在全局數據區分配內存;
• 靜態局部變量在程序執行到該對象的聲明處時被首次初始化,即以後的函數調用不再進行初始化;
• 靜態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爲0;
• 它始終駐留在全局數據區,直到程序運行結束。但其作用域爲局部作用域,當定義它的函數或語句塊結束時,其作用域隨之結束;

1.3靜態函數
  在函數的返回類型前加上static關鍵字,函數即被定義爲靜態函數。靜態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。
靜態函數的例子:


//Example 4
#include <iostream.h>
static void fn();//聲明靜態函數
void main()
{
   fn();
}
void fn()//定義靜態函數
{
   int n=10;
   cout<<n<<endl;
}

定義靜態函數的好處:
• 靜態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,不會發生衝突;

二、面向對象的static關鍵字(類中的static關鍵字)
2.1靜態數據成員
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數據成員。先舉一個靜態數據成員的例子。


//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;//聲明靜態數據成員
};
int Myclass::Sum=0;//定義並初始化靜態數據成員

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,靜態數據成員有以下特點:
• 對於非靜態數據成員,每個類對象都有自己的拷貝。而靜態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,靜態數據成員只分配一次內存,供所有對象共用。所以,靜態數據成員的值對每個對象都是一樣的,它的值可以更新;
• 靜態數據成員存儲在全局數據區。靜態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;是定義靜態數據成員;
• 靜態數據成員和普通數據成員一樣遵從public,protected,private訪問規則;
• 因爲靜態數據成員在全局數據區分配內存,屬於本類的所有對象共享,所以,它不屬於特定的類對象,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;
• 靜態數據成員初始化與一般數據成員初始化不同。靜態數據成員初始化的格式爲:
<數據類型><類名>::<靜態數據成員名>=<值>
• 類的靜態數據成員有兩種訪問形式:
<類對象名>.<靜態數據成員名> 或 <類類型名>::<靜態數據成員名>
如果靜態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數據成員 ;
• 靜態數據成員主要用在各個對象都有相同的某項屬性的時候。比如對於一個存款類,每個實例的利息都是相同的。所以,應該把利息設爲存款類的靜態數據成員。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的內存,所以節省存儲空間。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,使用靜態數據成員有兩個優勢:
1. 靜態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衝突的可能性;
2. 可以實現信息隱藏。靜態數據成員可以是private成員,而全局變量不能;

2.2靜態成員函數
  與靜態數據成員一樣,我們也可以創建一個靜態成員函數,它爲類的全部服務而不是爲某一個類的具體對象服務。靜態成員函數與靜態數據成員一樣,都是類的內部實現,屬於類定義的一部分。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,因爲普通成員函數總是具體的屬於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,靜態成員函數由於不是與任何的對象相聯繫,因此它不具有this指針。從這個意義上講,它無法訪問屬於類對象的非靜態數據成員,也無法訪問非靜態成員函數,它只能調用其餘的靜態成員函數。下面舉個靜態成員函數的例子。


//Example 6
#include <iostream.h>
class Myclass
{
public:
   Myclass(int a,int b,int c);
   static void GetSum();/聲明靜態成員函數
private:
   int a,b,c;
   static int Sum;//聲明靜態數據成員
};
int Myclass::Sum=0;//定義並初始化靜態數據成員

Myclass::Myclass(int a,int b,int c)
{
   this->a=a;
   this->b=b;
   this->c=c;
   Sum+=a+b+c; //非靜態成員函數可以訪問靜態數據成員
}

void Myclass::GetSum() //靜態成員函數的實現
{
  // cout<<a<<endl; //錯誤代碼,a是非靜態數據成員
   cout<<"Sum="<<Sum<<endl;
}

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

關於靜態成員函數,可以總結爲以下幾點:
• 出現在類體外的函數定義不能指定關鍵字static;
• 靜態成員之間可以相互訪問,包括靜態成員函數訪問靜態數據成員和訪問靜態成員函數;
• 非靜態成員函數可以任意地訪問靜態成員函數和靜態數據成員;
• 靜態成員函數不能訪問非靜態成員函數和非靜態數據成員;
• 由於沒有this指針的額外開銷,因此靜態成員函數與類的全局函數相比速度上會有少許的增長;
• 調用靜態成員函數,可以用成員訪問操作符(.)和(->)爲一個類的對象或指向類對象的指針調用靜態成員函數,也可以直接使用如下格式:
<類名>::<靜態成員函數名>(<參數表>)
調用類的靜態成員函數

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