C/C++幾個關鍵字詳解——STATIC
STATIC：
static關鍵字是C, C++中都存在的關鍵字, 它主要有三種使用方式, 其中前兩種只指在C語言中使用, 第三種在C++中使用(C,C++中具體細微操作不盡相同, 本文以C++為準).
(1)區域性靜態變數
(2)外部靜態變數/函式
(3)靜態資料成員/成員函式
下面就這三種使用方式及注意事項分別說明
一、區域性靜態變數
在C/C++中, 區域性變數按照儲存形式可分為三種auto, static, register
(<C語言程式設計(第二版)>譚浩強, 第174-175頁)
與auto型別(普通)區域性變數相比, static區域性變數有三點不同
1. 儲存空間分配不同
auto型別分配在棧上, 屬於動態儲存類別, 佔動態儲存區空間, 函式呼叫結束後自動釋放, 而static分配在靜態儲存區, 在程式整個執行期間都不釋放. 兩者之間的作用域相同, 但生存期不同.
2. static區域性變數在所處模組在初次執行時進行初始化工作, 且只操作一次
3. 對於區域性靜態變數, 如果不賦初值, 編譯期會自動賦初值0或空字元, 而auto型別的初值是不確定的. (對於C++中的class物件例外, class的物件例項如果不初始化, 則會自動呼叫預設建構函式, 不管是否是static型別)
特點: static區域性變數的”記憶性”與生存期的”全域性性”
所謂”記憶性”是指在兩次函式呼叫時, 在第二次呼叫進入時, 能保持第一次呼叫退出時的值.
示例程式一
#include <iostream>
using namespace std;
void staticLocalVar()
{
static int a = 0; // 執行期時初始化一次, 下次再呼叫時, 不進行初始化工作
cout<<"a="<<a<<endl;
++a;
}
int main()
{
staticLocalVar(); // 第一次呼叫, 輸出a=0
staticLocalVar(); // 第二次呼叫, 記憶了第一次退出時的值, 輸出a=1
return 0;
}
應用:
利用”記憶性”, 記錄函式呼叫的次數(示例程式一)
利用生存期的”全域性性”, 改善”return a pointer / reference to a local object”的問題. Local object的問題在於退出函式, 生存期即結束,. 利用static的作用, 延長變數的生存期.
示例程式二:
// IP address to string format
// Used in Ethernet Frame and IP Header analysis
const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
{
static char strBuff[16]; // static區域性變數, 用於返回地址有效
const unsigned char *pChIP = (const unsigned char *)&IpAddr;
sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u", pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2], pChIP[3]);
return strBuff;
}
注意事項:
1. “記憶性”, 程式執行很重要的一點就是可重複性, 而static變數的”記憶性”破壞了這種可重複性, 造成不同時刻至執行的結果可能不同.
2. “生存期”全域性性和唯一性. 普通的local變數的儲存空間分配在stack上, 因此每次呼叫函式時, 分配的空間都可能不一樣, 而static具有全域性唯一性的特點, 每次呼叫時, 都指向同一塊記憶體, 這就造成一個很重要的問題 ---- 不可重入性!!!
這樣在多執行緒程式設計或遞迴程式設計中, 要特別注意這個問題.
(不可重入性的例子可以參見<effective C++ (2nd)>(影印版)第103-105頁)
下面針對示例程式二, 分析在多執行緒情況下的不安全性.(為方便描述, 標上行號)
① const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
② {
③ static char strBuff[16]; // static區域性變數, 用於返回地址有效
④ const unsigned char *pChIP = (const unsigned char *)&IpAddr;
⑤ sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u", pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2], pChIP[3]);
⑥ return strBuff;
⑦ }
假設現在有兩個執行緒A,B執行期間都需要呼叫IpToStr()函式, 將32位的IP地址轉換成點分10進位制的字串形式. 現A先獲得執行機會, 執行IpToStr(), 傳入的引數是0x0B090A0A, 順序執行完應該返回的指標儲存區內容是:”10.10.9.11”, 現執行到⑥時, 失去執行權, 排程到B執行緒執行, B執行緒傳入的引數是0xA8A8A8C0, 執行至⑦, 靜態儲存區的內容是192.168.168.168. 當再排程到A執行時, 從⑥繼續執行, 由於strBuff的全域性唯一性, 內容已經被B執行緒沖掉, 此時返回的將是192.168.168.168字串, 不再是10.10.9.11字串.
二、外部靜態變數／函式
在C中static有了第二種含義：用來表示不能被其它檔案訪問的全域性變數和函式。, 但為了限制全域性變數/函式的作用域, 函式或變數前加static使得函式成為靜態函式。但此處“static”的含義不是指儲存方式，而是指對函式的作用域僅侷限於本檔案(所以又稱內部函式)。注意此時, 對於外部(全域性)變數, 不論是否有static限制, 它的儲存區域都是在靜態儲存區, 生存期都是全域性的. 此時的static只是起作用域限制作用, 限定作用域在本模組(檔案)內部.
使用內部函式的好處是：不同的人編寫不同的函式時，不用擔心自己定義的函式，是否會與其它檔案中的函式同名。
示例程式三:
//file1.cpp
static int varA;
int varB;
extern void funA()
{
……
}
static void funB()
{
……
}
//file2.cpp
extern int varB; // 使用file1.cpp中定義的全域性變數
extern int varA; // 錯誤! varA是static型別, 無法在其他檔案中使用
extern vod funA(); // 使用file1.cpp中定義的函式
extern void funB(); // 錯誤! 無法使用file1.cpp檔案中static函式
三、靜態資料成員／成員函式(C++特有)
C++重用了這個關鍵字，並賦予它與前面不同的第三種含義：表示屬於一個類而不是屬於此類的任何特定物件的變數和函式. 這是與普通成員函式的最大區別, 也是其應用所在, 比如在對某一個類的物件進行計數時, 計數生成多少個類的例項, 就可以用到靜態資料成員. 在這裡面, static既不是限定作用域的, 也不是擴充套件生存期的作用, 而是指示變數/函式在此類中的唯一性. 這也是”屬於一個類而不是屬於此類的任何特定物件的變數和函式”的含義. 因為它是對整個類來說是唯一的, 因此不可能屬於某一個例項物件的. (針對靜態資料成員而言, 成員函式不管是否是static, 在記憶體中只有一個副本, 普通成員函式呼叫時, 需要傳入this指標, static成員函式呼叫時, 沒有this指標. )
請看示例程式四(<effective c++ (2nd)>(影印版)第59頁)
class EnemyTarget {
public:
EnemyTarget() { ++numTargets; }
EnemyTarget(const EnemyTarget&) { ++numTargets; }
~EnemyTarget() { --numTargets; }
static size_t numberOfTargets() { return numTargets; }
bool destroy(); // returns success of attempt to destroy EnemyTarget object
private:
static size_t numTargets; // object counter
};
// class statics must be defined outside the class;
// initialization is to 0 by default
size_t EnemyTarget::numTargets;
在這個例子中, 靜態資料成員numTargets就是用來計數產生的物件個數的.
另外, 在設計類的多執行緒操作時, 由於POSIX庫下的執行緒函式pthread_create()要求是全域性的, 普通成員函式無法直接做為執行緒函式, 可以考慮用Static成員函式做執行緒函式.