关于static和可重入函数

1、概述

　　static 声明的变量在C语言中有两方面的特征：

　　1)、变量会被放在程序的全局存储区中，这样可以在下一次调用的时候还可以保持原来的赋值。这一点是它与堆栈变量和堆变量的区别。

　　2)、变量用static告知编译器，自己仅仅在变量的作用范围内可见。这一点是它与全局变量的区别。

　　2、问题：Static的理解

　　关于static变量，请选择下面所有说法正确的内容：

　　A、若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度；

　　B、若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；

　　C、设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题；

　　D、静态全局变量过大，可那会导致堆栈溢出。

　　答案与分析：

　　对于A，B：根据本篇概述部分的说明b)，我们知道，A,B都是正确的。

　　对于C：根据本篇概述部分的说明a)，我们知道，C是正确的（所谓的函数重入问题，下面会详细阐述）。

　　对于D：静态变量放在程序的全局数据区，而不是在堆栈中分配，所以不可能导致堆栈溢出，D是错误的。

　　因此，答案是A、B、C。

　　3、问题：不可重入函数

　　曾经设计过如下一个函数，在代码检视的时候被提醒有bug，因为这个函数是不可重入的，为什么？

unsigned int sum_int( unsigned int base )

{

　unsigned int index;

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

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

　{

　　sum += index;

　}

　return sum;

}

　　答案与分析：

　　所谓的函数是可重入的（也可以说是可预测的），即：只要输入数据相同就应产生相同的输出。

　　这个函数之所以是不可预测的，就是因为函数中使用了static变量，因为static变量的特征，这样的函数被称为：带“内部存储器”功能的的函数。因此如果我们需要一个可重入的函数，那么，我们一定要避免函数中使用static变量，这种函数中的static变量，使用原则是，能不用尽量不用。

　　将上面的函数修改为可重入的函数很简单，只要将声明sum变量中的static关键字去掉，变量sum即变为一个auto 类型的变量，函数即变为一个可重入的函数。

　　当然，有些时候，在函数中是必须要使用static变量的，比如当某函数的返回值为指针类型时，则必须是static的局部变量的地址作为返回值，若为auto类型，则返回为错指针。

C++ 类的静态成员(static)

　　静态成员的提出是为了解决数据共享的问题。实现共享有许多方法，如：设置全局性的变量或对象是一种方法。但是，全局变量或对象是有局限性的。这一章里，我们主要讲述类的静态成员来实现数据的共享。

　　静态数据成员

　　在类中，静态成员可以实现多个对象之间的数据共享，并且使用静态数据成员还不会破坏隐藏的原则，即保证了安全性。因此，静态成员是类的所有对象中共享的成员，而不是某个对象的成员。

　　使用静态数据成员可以节省内存，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。

　　静态数据成员的使用方法和注意事项如下：

　　1、静态数据成员在定义或说明时前面加关键字static。

　　2、静态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如下：

　　　　<数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>

　　这表明：

　　(1) 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。

　　(2) 初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等。

　　(3) 初始化时使用作用域运算符来标明它所属类，因此，静态数据成员是类的成员，而不是对象的成员。

　　3、静态数据成员是静态存储的，它是静态生存期，必须对它进行初始化。

　　4、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。

　　下面举一例子，说明静态数据成员的应用：

#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();

}

　　从输出结果可以看到Sum的值对M对象和对N对象都是相等的。这是因为在初始化M对象时，将M对象的三个int型数据成员的值求和后赋给了Sum，于是Sum保存了该值。在初始化N对象时，对将N对象的三个int型数据成员的值求和后又加到Sum已有的值上，于是Sum将保存另后的值。所以，不论是通过对象M还是通过对象N来引用的值都是一样的，即为54。

静态成员函数

　　静态成员函数和静态数据成员一样，它们都属于类的静态成员，它们都不是对象成员。因此，对静态成员的引用不需要用对象名。

　　在静态成员函数的实现中不能直接引用类中说明的非静态成员，可以引用类中说明的静态成员。如果静态成员函数中要引用非静态成员时，可通过对象来引用。下面通过例子来说明这一点。

#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://调用时不用对象名
M::f1(Q);
}

　　读者可以自行分析其结果。从中可看出，调用静态成员函数使用如下格式：

　　　<类名>::<静态成员函数名>(<参数表>);

在多线程条件下，函数应当是线程安全的，进一步，更强的条件是可重入的。

一个可重入函数保证了在多线程条件下，函数的状态不会出现错误。

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。因为在多线程条件下，操作系统会在swap1还没有执行完的情况下，切换到另一个线程中，那个线程可能再次调用swap1，这样状态就错了。

一个函数如果满足以及下条件之一，那么它是不可重入的：

函数中使用了静态变量，无论是全局静态变量还是局部静态变量。
函数返回静态变量。
函数中调用了不可重入函数。
函数是singleton中的成员函数而且使用了不使用线程独立存储的成员变量

总的来说，如果一个函数在重入条件下使用了未受保护的共享的资源，那么它是不可重入的

什么是可重入性？

可重入（reentrant）函数可以由多于一个任务并发使用，而不必担心数据错误。相反，不可重入（non-reentrant）函数不能由超过一个任务所共享，除非能确保函数的互斥（或者使用信号量，或者在代码的关键部分禁用中断）。可重入函数可以在任意时刻被中断，稍后再继续运行，不会丢失数据。可重入函数要么使用本地变量，要么在使用全局变量时保护自己的数据。

可重入函数：