筆試知識點：面試常考點static

C 語言的 static 關鍵字有三種（具體來說是兩種）用途：

1. 靜態局部變量：用於函數體內部修飾變量，這種變量的生存期長於該函數。

int foo(){
static int i = 1; // note:1
//int i = 1; // note:2
i += 1;
return i;
}

int foo(){ 

    static int i = 1; // note:1 

    //int i = 1;  // note:2 

    i += 1; 

    return i; 

}

要明白這個用法，我們首先要了解c/c++的內存分佈，以及static所在的區間。

對於一個完整的程序，在內存中的分佈情況如下圖：　
1.棧區：由編譯器自動分配釋放，像局部變量，函數參數，都是在棧區。會隨着作用於退出而釋放空間。
3.堆區：程序員分配並釋放的區域，像malloc(c),new(c++)
3.全局數據區(靜態區)：全局變量和靜態便令的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另一塊區域。程序結束釋放。
4.代碼區

所以上面note:1的static是在全局數據區分配的,那麼它存在的意思是什麼？又是什麼時候初始化的呢？

首先回答第一個問題：它存在的意義就是隨着第一次函數的調用而初始化，卻不隨着函數的調用結束而銷燬(如果把以上的note:1換成note:2,那麼i就是在棧區分配了，會隨着foo的調用結束而釋放)。
那麼第二個問題也就浮出水面了，它是在第一次調用進入note:1的時候初始化（當初面試被坑過，我居然說是一開始就初始化了，汗！！）。且只初始化一次，也就是你第二次調用foo(),不會繼續初始化，而會直接跳過。

那麼它跟定義一個全局變量有什麼區別呢，同樣是初始化一次，連續調用foo()的結果是一樣的，但是，使用全局變量的話，變量就不屬於函數本身了，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。

那麼我們總結一下，靜態局部變量的特點（括號內爲note:2,也就是局部變量的對比）：
（1）該變量在全局數據區分配內存(局部變量在棧區分配內存);
（2）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(局部變量每次函數調用都會被初始化);
（3）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(局部變量不會被初始化);
（4）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，也就是不能在函數體外面使用它(局部變量在棧區，在函數結束後立即釋放內存);

2.靜態全局變量：定義在函數體外，用於修飾全局變量，表示該變量只在本文件可見。

[cpp] view plain copy

print?

static int i = 1; //note:3
//int i = 1; //note:4
int foo()
{
i += 1;
return i;
}

static int i = 1;  //note:3 

//int i = 1;  //note:4

int foo()
{
i += 1;
return i;
}

note:3和note:4有什麼差異呢？你調用foo(),無論調用幾次，他們的結果都是一樣的。也就是說在本文件內調用他們是完全相同的。那麼他們的區別是什麼呢？
文件隔離！

假設我有一個文件a.c,我們再新建一個b.c,內容如下。

[cpp] view plain copy

print?

//file a.c
//static int n = 15; //note:5
int n = 15; //note:6
//file b.c
#include <stdio.h>
extern int n;
void fn()
{
n++;
printf(”after: %d\n”,n);
}
void main()
{
printf(”before: %d\n”,n);
fn();
}

//file a.c

//static int n = 15; //note:5
int n = 15; //note:6

//file b.c

#include <stdio.h> extern int n; void fn() { n++; printf("after: %d\n",n); } void main() { printf("before: %d\n",n); fn(); }
我們先使用note:6,也就是非靜態全局變量，發現輸出爲:
before: 15
after: 16

也就是我們的b.c通過extern使用了a.c定義的全局變量。
那麼我們改成使用note:5,也就是使用靜態全局變量呢？

gcc a.c b.c -o output.out

會出現類似undeference to “n”的報錯，它是找不到n的，因爲static進行了文件隔離，你是沒辦法訪問a.c定義的靜態全局變量的，當然你用 #include “a.c”,那就不一樣了。

以上我們就可以得出靜態全局變量的特點：

靜態全局變量不能被其它文件所用(全局變量可以);
其它文件中可以定義相同名字的變量，不會發生衝突(自然了，因爲static隔離了文件，其它文件使用相同的名字的變量，也跟它沒關係了);

3.靜態函數：準確的說，靜態函數跟靜態全局變量的作用類似：

[cpp] view plain copy

print?

//file a.c
#include <stdio.h>
void fn()
{
printf(”this is non-static func in a”);
}
//file b.c
#include <stdio.h>
extern void fn(); //我們用extern聲明其他文件的fn(),供本文件使用。
void main()
{
fn();
}

//file a.c

#include <stdio.h> void fn() { printf("this is non-static func in a"); } //file b.c #include <stdio.h> extern void fn(); //我們用extern聲明其他文件的fn(),供本文件使用。 void main() { fn(); }
可以正常輸出：this is non-static func in a。
當給void fn()加上static的關鍵字之後呢？ undefined reference to “fn”.

所以，靜態函數的好處跟靜態全局變量的好處就類似了：
1.靜態函數不能被其它文件所用;
2.其它文件中可以定義相同名字的函數，不會發生衝突;

上面一共說了三種用法，爲什麼說準確來說是兩種呢？
1.一種是修飾變量，一種是修飾函數，所以說是兩種（這種解釋不多）。
2.靜態全局變量和修飾靜態函數的作用是一樣的，一般合併爲一種。（這是比較多的分法）。

C++ 語言的 static 關鍵字有二種用途：
當然以上的幾種，也可以用在c++中。還有額外的兩種用法：

1.靜態數據成員：用於修飾 class 的數據成員，即所謂“靜態成員”。這種數據成員的生存期大於 class 的對象（實體 instance）。靜態數據成員是每個 class 有一份，普通數據成員是每個 instance 有一份，因此靜態數據成員也叫做類變量，而普通數據成員也叫做實例變量。

[cpp] view plain copy

print?

#include<iostream>
using namespace std;
class Rectangle
{
private:
int m_w,m_h;
static int s_sum;
public:
Rectangle(int w,int h)
{
this->m_w = w;
this->m_h = h;
s_sum += (this->m_w * this->m_h);
}
void GetSum()
{
cout<<”sum = ”<<s_sum<<endl;
}
};
int Rectangle::s_sum = 0; //初始化
int main()
{
cout<<”sizeof(Rectangle)=”<<sizeof(Rectangle)<<endl;
Rectangle *rect1 = new Rectangle(3,4);
rect1->GetSum();
cout<<”sizeof(rect1)=”<<sizeof(*rect1)<<endl;
Rectangle rect2(2,3);
rect2.GetSum();
cout<<”sizeof(rect2)=”<<sizeof(rect2)<<endl;
system(”pause”);
return 0;
}

#include<iostream>


using namespace std;


class Rectangle
{
private:
    int m_w,m_h;
    static int s_sum;

public:
    Rectangle(int w,int h)
    {
        this->m_w = w;
        this->m_h = h;
        s_sum += (this->m_w * this->m_h);
    }


    void GetSum()
    {
        cout<<"sum = "<<s_sum<<endl;
    }


};


int Rectangle::s_sum = 0;  //初始化




int main()
{
    cout<<"sizeof(Rectangle)="<<sizeof(Rectangle)<<endl;
    Rectangle *rect1 = new Rectangle(3,4);
    rect1->GetSum();
    cout<<"sizeof(rect1)="<<sizeof(*rect1)<<endl;
    Rectangle rect2(2,3);
    rect2.GetSum();
    cout<<"sizeof(rect2)="<<sizeof(rect2)<<endl;

    system("pause");
    return 0;
}

結果如下：

由圖可知：sizeof(Rectangle)=8bytes=sizeof(m_w)+sizeof(m_h)。也就是說 static 並不佔用Rectangle的內存空間。
那麼static在哪裏分配內存的呢？是的，全局數據區(靜態區)。
再看看GetSum()，第一次12=3*4，第二次18=12+2*3。由此可得，static只會被初始化一次，於實例無關。

結論：

對於非靜態數據成員，每個類對象(實例)都有自己的拷貝。而靜態數據成員被當作是類的成員，由該類型的所有對象共享訪問,對該類的多個對象來說，靜態數據成員只分配一次內存。
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。

也就是說，你每new一個Rectangle，並不會爲static int s_sum的構建一份內存拷貝，它是不管你new了多少Rectangle的實例，因爲它只與類Rectangle掛鉤，而跟你每一個Rectangle的對象沒關係。

2、靜態成員函數：用於修飾 class 的成員函數。
我們對上面的例子稍加改動：

[cpp] view plain copy

print?

#include<iostream>
using namespace std;
class Rectangle
{
private:
int m_w,m_h;
static int s_sum;
public:
Rectangle(int w,int h)
{
this->m_w = w;
this->m_h = h;
s_sum += (this->m_w * this->m_h);
}
static void GetSum() //這裏加上static
{
cout<<”sum = ”<<s_sum<<endl;
}
};
int Rectangle::s_sum = 0; //初始化
int main()
{
cout<<”sizeof(Rectangle)=”<<sizeof(Rectangle)<<endl;
Rectangle *rect1 = new Rectangle(3,4);
rect1->GetSum();
cout<<”sizeof(rect1)=”<<sizeof(*rect1)<<endl;
Rectangle rect2(2,3);
rect2.GetSum(); //可以用對象名.函數名訪問
cout<<”sizeof(rect2)=”<<sizeof(rect2)<<endl;
Rectangle::GetSum(); //也可以可以用類名::函數名訪問
system(”pause”);
return 0;
}

#include<iostream>


using namespace std;


class Rectangle
{
private:
    int m_w,m_h;
    static int s_sum;

public:
    Rectangle(int w,int h)
    {
        this->m_w = w;
        this->m_h = h;
        s_sum += (this->m_w * this->m_h);
    }


    static void GetSum()  //這裏加上static
    {
        cout<<"sum = "<<s_sum<<endl;
    }


};


int Rectangle::s_sum = 0;  //初始化




int main()
{
    cout<<"sizeof(Rectangle)="<<sizeof(Rectangle)<<endl;
    Rectangle *rect1 = new Rectangle(3,4);
    rect1->GetSum();
    cout<<"sizeof(rect1)="<<sizeof(*rect1)<<endl;
    Rectangle rect2(2,3);
    rect2.GetSum();  //可以用對象名.函數名訪問
    cout<<"sizeof(rect2)="<<sizeof(rect2)<<endl;
    Rectangle::GetSum();  //也可以可以用類名::函數名訪問


    system("pause");
    return 0;
}

上面註釋可見:對GetSum()加上static，使它變成一個靜態成員函數，可以用類名::函數名進行訪問。
那麼靜態成員函數有特點呢？
1.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;
2.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;
3.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;
4.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,也可以用類名::函數名調用(因爲他本來就是屬於類的，用類名調用很正常)

前三點其實是一點：靜態成員函數不能訪問非靜態(包括成員函數和數據成員)，但是非靜態可以訪問靜態，有點暈嗎？沒關係，我給你個解釋，
因爲靜態是屬於類的，它是不知道你創建了10個還是100個對象，所以它對你對象的函數或者數據是一無所知的，所以它沒辦法調用，而反過來，你創建的對象是對類一清二楚的(不然你怎麼從它那裏實例化呢)，所以你是可以調用類函數和類成員的，就像不管GetSum是不是static，都可以調用static的s_sum一樣。

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