關於static和可重入函數

1、概述

　　static 聲明的變量在C語言中有兩方面的特徵：

　　1)、變量會被放在程序的全局存儲區中，這樣可以在下一次調用的時候還可以保持原來的賦值。這一點是它與堆棧變量和堆變量的區別。

　　2)、變量用static告知編譯器，自己僅僅在變量的作用範圍內可見。這一點是它與全局變量的區別。

　　2、問題：Static的理解

　　關於static變量，請選擇下面所有說法正確的內容：

　　A、若全局變量僅在單個C文件中訪問，則可以將這個變量修改爲靜態全局變量，以降低模塊間的耦合度；

　　B、若全局變量僅由單個函數訪問，則可以將這個變量改爲該函數的靜態局部變量，以降低模塊間的耦合度；

　　C、設計和使用訪問動態全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量的函數時，需要考慮重入問題；

　　D、靜態全局變量過大，可那會導致堆棧溢出。

　　答案與分析：

　　對於A，B：根據本篇概述部分的說明b)，我們知道，A,B都是正確的。

　　對於C：根據本篇概述部分的說明a)，我們知道，C是正確的（所謂的函數重入問題，下面會詳細闡述）。

　　對於D：靜態變量放在程序的全局數據區，而不是在堆棧中分配，所以不可能導致堆棧溢出，D是錯誤的。

　　因此，答案是A、B、C。

　　3、問題：不可重入函數

　　曾經設計過如下一個函數，在代碼檢視的時候被提醒有bug，因爲這個函數是不可重入的，爲什麼？

unsigned int sum_int( unsigned int base )

{

　unsigned int index;

　static unsigned int sum = 0; // 注意，是static類型的。

　for (index = 1; index <= base; index++)

　{

　　sum += index;

　}

　return sum;

}

　　答案與分析：

　　所謂的函數是可重入的（也可以說是可預測的），即：只要輸入數據相同就應產生相同的輸出。

　　這個函數之所以是不可預測的，就是因爲函數中使用了static變量，因爲static變量的特徵，這樣的函數被稱爲：帶“內部存儲器”功能的的函數。因此如果我們需要一個可重入的函數，那麼，我們一定要避免函數中使用static變量，這種函數中的static變量，使用原則是，能不用盡量不用。

　　將上面的函數修改爲可重入的函數很簡單，只要將聲明sum變量中的static關鍵字去掉，變量sum即變爲一個auto 類型的變量，函數即變爲一個可重入的函數。

　　當然，有些時候，在函數中是必須要使用static變量的，比如當某函數的返回值爲指針類型時，則必須是static的局部變量的地址作爲返回值，若爲auto類型，則返回爲錯指針。

C++ 類的靜態成員(static)

　　靜態成員的提出是爲了解決數據共享的問題。實現共享有許多方法，如：設置全局性的變量或對象是一種方法。但是，全局變量或對象是有侷限性的。這一章裏，我們主要講述類的靜態成員來實現數據的共享。

　　靜態數據成員

　　在類中，靜態成員可以實現多個對象之間的數據共享，並且使用靜態數據成員還不會破壞隱藏的原則，即保證了安全性。因此，靜態成員是類的所有對象中共享的成員，而不是某個對象的成員。

　　使用靜態數據成員可以節省內存，因爲它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，靜態數據成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態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。只要對靜態數據成員的值更新一次，保證所有對象存取更新後的相同的值，這樣可以提高時間效率。

　　靜態數據成員的使用方法和注意事項如下：

　　1、靜態數據成員在定義或說明時前面加關鍵字static。

　　2、靜態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如下：

　　　　<數據類型><類名>::<靜態數據成員名>=<值>

　　這表明：

　　(1) 初始化在類體外進行，而前面不加static，以免與一般靜態變量或對象相混淆。

　　(2) 初始化時不加該成員的訪問權限控制符private，public等。

　　(3) 初始化時使用作用域運算符來標明它所屬類，因此，靜態數據成員是類的成員，而不是對象的成員。

　　3、靜態數據成員是靜態存儲的，它是靜態生存期，必須對它進行初始化。

　　4、引用靜態數據成員時，採用如下格式：

　　　<類名>::<靜態成員名>

　　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。

　　下面舉一例子，說明靜態數據成員的應用：

#include

class Myclass

{

public:

Myclass(int a, int b, int c);

void GetNumber();

void GetSum();

private:

int A, B, C;

static int Sum;

};

int Myclass::Sum = 0;

Myclass::Myclass(int a, int b, int c)

{

A = a;

B = b;

C = c;

Sum += A+B+C;

}

void Myclass::GetNumber()

{

cout<<"Number="<<<","<<<","<<< P>

}

void Myclass::GetSum()

{

cout<<"Sum="<<< P>

}

void main()

{

Myclass M(3, 7, 10),N(14, 9, 11);

M.GetNumber();

N.GetNumber();

M.GetSum();

N.GetSum();

}

　　從輸出結果可以看到Sum的值對M對象和對N對象都是相等的。這是因爲在初始化M對象時，將M對象的三個int型數據成員的值求和後賦給了Sum，於是Sum保存了該值。在初始化N對象時，對將N對象的三個int型數據成員的值求和後又加到Sum已有的值上，於是Sum將保存另後的值。所以，不論是通過對象M還是通過對象N來引用的值都是一樣的，即爲54。

靜態成員函數

　　靜態成員函數和靜態數據成員一樣，它們都屬於類的靜態成員，它們都不是對象成員。因此，對靜態成員的引用不需要用對象名。

　　在靜態成員函數的實現中不能直接引用類中說明的非靜態成員，可以引用類中說明的靜態成員。如果靜態成員函數中要引用非靜態成員時，可通過對象來引用。下面通過例子來說明這一點。

#include
class M
{
public:
M(int a) { A=a; B+=a;}
static void f1(M m);
private:
int A;
static int B;
};

void M::f1(M m)
{
cout<<"A="<<
cout<<"B="<<
}

int M::B=0;
void main()
{
M P(5),Q(10);
M::f1(P); file://調用時不用對象名
M::f1(Q);
}

　　讀者可以自行分析其結果。從中可看出，調用靜態成員函數使用如下格式：

　　　<類名>::<靜態成員函數名>(<參數表>);

在多線程條件下，函數應當是線程安全的，進一步，更強的條件是可重入的。

一個可重入函數保證了在多線程條件下，函數的狀態不會出現錯誤。

eg. in c

static int tmp;

void swap1(int* x, int* y) {

tmp=*x;

*x=*y;

*y=tmp;

}

void swap2(int* x, int* y) {

int tmp;

tmp=*x;

*x=*y;

*y=tmp;

}

swap1是不可重入的，swap是可重入的。因爲在多線程條件下，操作系統會在swap1還沒有執行完的情況下，切換到另一個線程中，那個線程可能再次調用swap1，這樣狀態就錯了。

一個函數如果滿足以及下條件之一，那麼它是不可重入的：

函數中使用了靜態變量，無論是全局靜態變量還是局部靜態變量。
函數返回靜態變量。
函數中調用了不可重入函數。
函數是singleton中的成員函數而且使用了不使用線程獨立存儲的成員變量

總的來說，如果一個函數在重入條件下使用了未受保護的共享的資源，那麼它是不可重入的

什麼是可重入性？

可重入（reentrant）函數可以由多於一個任務併發使用，而不必擔心數據錯誤。相反，不可重入（non-reentrant）函數不能由超過一個任務所共享，除非能確保函數的互斥（或者使用信號量，或者在代碼的關鍵部分禁用中斷）。可重入函數可以在任意時刻被中斷，稍後再繼續運行，不會丟失數據。可重入函數要麼使用本地變量，要麼在使用全局變量時保護自己的數據。

可重入函數：