詳細分析c/c++語言中的static

一 static在c語言中的應用

詳細分析一下static關鍵字在c語言中編寫程序時有的三大類用法：

一，static全局變量

我們知道，一個進程在內存中的佈局如圖1所示：

其中.text段保存進程所執行的程序二進制文件，.data段保存進程所有的已初始化的全局變量，.bss段保存進程未初始化的全局變量（其他段中還有很多亂七八糟的段，暫且不表）。在進程的整個生命週期中，.data段和.bss段內的數據時跟整個進程同生共死的，也就是在進程結束之後這些數據纔會壽終就寢。

當一個進程的全局變量被聲明爲static之後，它的中文名叫靜態全局變量。靜態全局變量和其他的全局變量的存儲地點並沒有區別，都是在.data段（已初始化）或者.bss段（未初始化）內，但是它只在定義它的源文件內有效，其他源文件無法訪問它。所以，普通全局變量穿上static外衣後，它就變成了新娘，已心有所屬，只能被定義它的源文件（新郎）中的變量或函數訪問。

以下是一些示例程序

file1.h如下：

#include <stdio.h>  
  
void printStr();

我們在file1.c中定義一個靜態全局變量hello, 供file1.c中的函數printStr訪問.

#include "file1.h"  
  
static char* hello = "hello cobing!";  
  
void printStr()  
{  
    printf("%s\n", hello);  
}

file2.c是我們的主程序所在文件，file2.c中如果引用hello會編譯出錯

    #include "file1.h"  
      
    int main()  
    {  
        printStr();  
        printf("%s\n", hello);  
        return 0;  
    }

報錯如下：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file2.c: In function ‘main’:
file2.c:6: 錯誤：‘hello’ 未聲明 (在此函數內第一次使用)
file2.c:6: 錯誤：(即使在一個函數內多次出現，每個未聲明的標識符在其
file2.c:6: 錯誤：所在的函數內只報告一次。)

如果我們將file2.c改爲下面的形式：

#include "file1.h"  
  
int main()  
{  
    printStr();  
    return 0;  
}

則會順利編譯連接。

運行程序後的結果如下：
[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
hello cobing!

上面的例子中，file1.c中的hello就是一個靜態全局變量，它可以被同一文件中的printStr調用，但是不能被不同源文件中的file2.c調用。

二，static局部變量

普通的局部變量在棧空間上分配，這個局部變量所在的函數被多次調用時，每次調用這個局部變量在棧上的位置都不一定相同。局部變量也可以在堆上動態分配，但是記得使用完這個堆空間後要釋放之。

static局部變量中文名叫靜態局部變量。它與普通的局部變量比起來有如下幾個區別：

1）位置：靜態局部變量被編譯器放在全局存儲區.data（注意：不在.bss段內，原因見3）），所以它雖然是局部的，但是在程序的整個生命週期中存在。

2）訪問權限：靜態局部變量只能被其作用域內的變量或函數訪問。也就是說雖然它會在程序的整個生命週期中存在，由於它是static的，它不能被其他的函數和源文件訪問。

3）值：靜態局部變量如果沒有被用戶初始化，則會被編譯器自動賦值爲0，以後每次調用靜態局部變量的時候都用上次調用後的值。這個比較好理解，每次函數調用靜態局部變量的時候都修改它然後離開，下次讀的時候從全局存儲區讀出的靜態局部變量就是上次修改後的值。
以下是一些示例程序：

file1.h的內容和上例中的相同，file1.c的內容如下：

#include "file1.h"  
  
void printStr()  
{  
    int normal = 0;  
    static int stat = 0;    //this is a static local var  
    printf("normal = %d ---- stat = %d\n",normal, stat);  
    normal++;  
    stat++;  
}

爲了便於比較，我定義了兩個變量：普通局部變量normal和靜態局部變量stat，它們都被賦予初值0；

file2.c中調用file1.h：

#include "file1.h"  
  
int main()  
{  
 printStr();  
 printStr();  
 printStr();  
 printStr();  
 printf("call stat in main: %d\n",stat);  
 return 0;  
}

這個調用會報錯，因爲file2.c中引用了file1.c中的靜態局部變量stat，如下：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file2.c: In function ‘main’:
file2.c:9: 錯誤：‘stat’ 未聲明 (在此函數內第一次使用)
file2.c:9: 錯誤：(即使在一個函數內多次出現，每個未聲明的標識符在其
file2.c:9: 錯誤：所在的函數內只報告一次。)

編譯器說stat未聲明，這是因爲它看不到file1.c中的stat，下面注掉這一行：

    #include "file1.h"  
      
    int main()  
    {  
        printStr();  
        printStr();  
        printStr();  
        printStr();  
    //  printf("call stat in main: %d\n",stat);  
        return 0;  
    }

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
normal = 0 ---- stat = 0
normal = 0 ---- stat = 1
normal = 0 ---- stat = 2
normal = 0 ---- stat = 3
運行如上所示。可以看出，函數每次被調用，普通局部變量都是重新分配，而靜態局部變量保持上次調用的值不變。

需要注意的是由於static局部變量的這種特性，使得含靜態局部變量的函數變得不可重入，即每次調用可能會產生不同的結果。這在多線程編程時可能會成爲一種隱患。需要多加註意。

三，static函數
相信大家還記得C++面向對象編程中的private函數，私有函數只有該類的成員變量或成員函數可以訪問。在C語言中，也有“private函數”，它就是接下來要說的static函數，完成面向對象編程中private函數的功能。

當你的程序中有很多個源文件的時候，你肯定會讓某個源文件只提供一些外界需要的接口，其他的函數可能是爲了實現這些接口而編寫，這些其他的函數你可能並不希望被外界（非本源文件）所看到，這時候就可以用static修飾這些“其他的函數”。

所以static函數的作用域是本源文件，把它想象爲面向對象中的private函數就可以了。

下面是一些示例：

file1.h如下：

    #include <stdio.h>  
      
    static int called();  
    void printStr();

file1.c如下：

    #include "file1.h"  
      
    static int called()  
    {  
        return 6;  
    }  
    void printStr()  
    {  
        int returnVal;  
        returnVal = called();  
        printf("returnVal=%d\n",returnVal);  
    }

file2.c中調用file1.h中聲明的兩個函數，此處我們故意調用called():

#include "file1.h"  
  
int main()  
{  
    int val;  
    val = called();  
    printStr();  
    return 0;  
}

編譯時會報錯：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file1.h:3: 警告：‘called’ 使用過但從未定義
/tmp/ccyLuBZU.o: In function `main':
file2.c:(.text+0x12): undefined reference to `called'
collect2: ld 返回 1
因爲引用了file1.h中的static函數，所以file2.c中提示找不到這個函數:undefined reference to 'called'

下面修改file2.c:

#include "file1.h"  
  
int main()  
{  
    printStr();  
    return 0;  
}

編譯運行：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
returnVal=6

static函數可以很好地解決不同原文件中函數同名的問題，因爲一個源文件對於其他源文件中的static函數是不可見的。

二 static在c語言中的應用

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。

#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

#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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