static對象如果出現在類中,那麼該對象即使從未被使用到,它也會被構造以及析構。而函數中的static對象,如果該函數從未被調用,這個對象也就絕不會誕生,但是在函數每次被調用時檢查對象是否需要誕生。
下面詳細說說static的功能以及它的來龍去脈:
static作爲編程語言裏面一種重要的數據類型,它的地位在面試的過程裏也是相當的高。
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)。
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。
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。
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。
應用格式(C++)
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。
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。(注意:如果在static函數加上virtual關鍵字就會報出這樣子的錯誤error: Semantic Issue: 'virtual' can only appear on non-static member
functions,大家懂了吧!
)
(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 Window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。在各通信公司的筆試面試中經常出現的考題就是static的作用及功能。
(1)面向對象的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 1
#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.
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 2
#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。
作用
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)面向過程的static關鍵字:功能:隱藏作用、值保持。
-
隱藏作用。當我們同時編譯多個文件時,所有未加static前綴的全局變量和函數都具有全局可見性。如果加了static,就會對其它源文件隱藏。利用這一特性可以在不同的文件中定義同名函數和同名變量,而不必擔心命名衝突。Static可以用作函數和變量的前綴,對於函數來講,static的作用僅限於隱藏,而對於變量,static還有下面兩個作用。
-
保持變量內容的持久。存儲在靜態數據區的變量會在程序剛開始運行時就完成初始化,也是唯一的一次初始化。共有兩種變量存儲在靜態存儲區:全局變量和static變量,只不過和全局變量比起來,static可以控制變量的可見範圍,說到底static還是用來隱藏的。
-
默認初始化爲0。其實全局變量也具備這一屬性,因爲全局變量也存儲在靜態數據區。在靜態數據區,內存中所有的字節默認值都是0x00,某些時候這一特點可以減少程序員的工作量。比如初始化一個稀疏矩陣,我們可以一個一個地把所有元素都置0,然後把不是0的幾個元素賦值。如果定義成靜態的,就省去了一開始置0的操作。再比如要把一個字符數組當字符串來用,但又覺得每次在字符數組末尾加’\ 0’太麻煩。如果把字符串定義成靜態的,就省去了這個麻煩,因爲那裏本來就是’\0’。
總之,首先static的最主要功能是隱藏,其次因爲static變量存放在靜態存儲區,所以它具備持久性和默認值0。
另外,記住c++的一個哲學基礎:你不應該爲你並不使用的東西付出任何代價。
補充:關於static的一個用例
bool getstate()
{
static int foronce = -1; //這裏的static和下面的if一起起到的作用是,保證statevalue()只執行了一次
if(foronce<0)
foronce = statevalue();
if(foronce)
return true;
return false;
}
關於“函數不可重入”的一個概念:(引自cnblogs.com/wly603的博客)
對於同樣的數據,運行函數後會產生同樣的結果,這就叫可重入性。
unsigned int sum_int(unsigned int base)
{
static unsigned int sum = 0; //如果改成auto(默認省略),則就能保證重入性
for(int i=0; i<size; i++)
sum += i;
return sum; //因爲sum的值會保留,在一個程序中用同一個變量多次調用sum_int函數的結果是不同的
}
兩句總結:
1.---全局變量--- 僅在單個文件中訪問,可以改爲靜態全局變量,降低模塊耦合度
2.---全局變量---僅在單個函數中訪問,改爲函數的靜態局部變量,降低耦合度