C++中static的作用

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。
  一、面向過程設計中的static
  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。
  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;
  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)
  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:
  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;
  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、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。
  ===============================================================================================
  static靜態變量聲明符。 在聲明它的程序塊,子程序塊或函數內部有效,值保持,在整個程序期間分配存儲器空間,編譯器默認值0。
  是C++中很常用的修飾符,它被用來控制變量的存儲方式和可見性。
  2、爲什麼要引入static?
  函數內部定義的變量,在程序執行到它的定義處時,編譯器爲它在棧上分配空間,大家知道,函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放掉,這樣就產生了一個問題: 如果想將函數中此變量的值保存至下一次調用時,如何實現? 最容易想到的方法是定義一個全局的變量,但定義爲一個全局變量有許多缺點,最明顯的缺點是破壞了此變量的訪問範圍(使得在此函數中定義的變量,不僅僅受此函數控制)。
  3、什麼時候用static?
  需要一個數據對象爲整個類而非某個對象服務,同時又力求不破壞類的封裝性,即要求此成員隱藏在類的內部,對外不可見。
  4、static的內部機制:
  靜態數據成員要在程序一開始運行時就必須存在。因爲函數在程序運行中被調用,所以靜態數據成員不能在任何函數內分配空間和初始化。
  這樣,它的空間分配有三個可能的地方,一是作爲類的外部接口的頭文件,那裏有類聲明;二是類定義的內部實現,那裏有類的成員函數定義;三是應用程序的main()函數前的全局數據聲明和定義處。
  靜態數據成員要實際地分配空間,故不能在類的聲明中定義(只能聲明數據成員)。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規格”,並不進行實際的內存分配,所以在類聲明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義,因爲那會造成在多個使用該類的源文件中,對其重複定義。
  static被引入以告知編譯器,將變量存儲在程序的靜態存儲區而非棧上空間,靜態
  數據成員按定義出現的先後順序依次初始化,注意靜態成員嵌套時,要保證所嵌套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。
  5、static的優勢:
  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。
  6、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。
  7、注意事項:
  (1)類的靜態成員函數是屬於整個類而非類的對象,所以它沒有this指針,這就導致
  了它僅能訪問類的靜態數據和靜態成員函數。
  (2)不能將靜態成員函數定義爲虛函數。
  (3)由於靜態成員聲明於類中,操作於其外,所以對其取地址操作,就多少有些特殊
  ,變量地址是指向其數據類型的指針 ,函數地址類型是一個“nonmember函數指針”。
  (4)由於靜態成員函數沒有this指針,所以就差不多等同於nonmember函數,結果就
  產生了一個意想不到的好處:成爲一個callback函數,使得我們得以將C++和C-based X W
  indow系統結合,同時也成功的應用於線程函數身上。
  (5)static並沒有增加程序的時空開銷,相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問
  時間,節省了子類的內存空間。
  (6)靜態數據成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static。
  (7)靜態數據成員是靜態存儲的,所以必須對它進行初始化。
  (8)靜態成員初始化與一般數據成員初始化不同:
  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;
  初始化時不加該成員的訪問權限控制符private,public等;
  初始化時使用作用域運算符來標明它所屬類;
  所以我們得出靜態數據成員初始化的格式:
  <數據類型><類名>::<靜態數據成員名>=<值>
  (9)爲了防止父類的影響,可以在子類定義一個與父類相同的靜態變量,以屏蔽父類的影響。這裏有一點需要注意:我們說靜態成員爲父類和子類共享,但我們有重複定義了靜態成員,這會不會引起錯誤呢?不會,我們的編譯器採用了一種絕妙的手法:name-mangling 用以生成唯一的標誌。
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