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static的三種用法

在C語言中,static的字面意思很容易把我們匯入歧途,其實它的作用有三條。

(1)先來介紹它的第一條也是最重要的一條:隱藏。

當我們同時編譯多個檔案時,所有未加static字首的全域性變數函式都具有全域性可見性(這裡的全域性可見性是針對於整個工程的,而不是某個.c原始檔)。為理解這句話,我舉例來說明。我們要同時編譯兩個原始檔,一個是a.c,另一個是main.c。

下面是a.c的內容

char a ='A'// global variablevoid msg() 
{
    printf(
"Hello\n"); 
}

下面是main.c的內容

int main(void)
{    
    
externchar a;    // extern variable must be declared before use    printf("%c ", a);
    (
void)msg();
    
return0;
}

程式的執行結果是:

A Hello

你可能會問:為什麼在a.c中定義的全域性變數a和函式msg能在main.c中使用?前面說過,所有未加static字首的全域性變數和函式都具有全域性可見性,其它的原始檔也能訪問。此例中,a是全域性變數,msg是函式,並且都沒有加static字首,因此對於另外的原始檔main.c是可見的。

如果加了static,就會對其它原始檔隱藏。例如在a和msg的定義前加上static,main.c就看不到它們了。利用這一特性可以在不同的檔案中定義同名函式和同名變數,而不必擔心命名衝突。Static可以用作函式和變數的字首,對於函式來講,static的作用僅限於隱藏,而對於變數,static還有下面兩個作用。

2static的第二個作用是保持變數內容的持久。儲存在靜態資料區的變數會在程式剛開始執行時就完成初始化,也是唯一的一次初始化。共有兩種變數儲存在靜態儲存區:全域性變數和static變數,只不過和全域性變數比起來,static可以控制變數的可見範圍,說到底static還是用來隱藏的。雖然這種用法不常見,但我還是舉一個例子。
#include <stdio.h>int fun(void){
    
staticint count =10;    // 事實上此賦值語句從來沒有執行過return count--;
}

int count =1;

int main(void)
{    
    printf(
"global\t\tlocal static\n");
    
for(; count <=10++count)
        printf(
"%d\t\t%d\n", count, fun());    
    
    
return0;
}

程式的執行結果是:

global          local static

1               10

2               9

3               8

4               7

5               6

6               5

7               4

8               3

9               2

10              1

(3)static的第三個作用是預設初始化為0。其實全域性變數也具備這一屬性,因為全域性變數也儲存在靜態資料區。在靜態資料區,記憶體中所有的位元組預設值都是0x00,某些時候這一特點可以減少程式設計師的工作量。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。再比如要把一個字元陣列當字串來用,但又覺得每次在字元陣列末尾加’\0’太麻煩。如果把字串定義成靜態的,就省去了這個麻煩,因為那裡本來就是’\0’。不妨做個小實驗驗證一下。

#include <stdio.h>int a;

int main(void)
{
    
int i;
    
staticchar str[10];

    printf(
"integer: %d;  string: (begin)%s(end)", a, str);

    
return0;
}
程式的執行結果如下

integer: 0; string: (begin)(end)

最後對static的三條作用做一句話總結。首先static的最主要功能是隱藏,其次因為static變數存放在靜態儲存區,所以它具備永續性和預設值0。

說明:同一個工程下的多個.c原始檔中,如果每個原始檔中的全域性變數定義為static型別,那麼這些全域性變數時可以同名的。因為定義為static型別後,該變數就只對當前檔案有效。

static的作用域

<span style="color: rgb(51, 51, 51);">一、面向過程設計中的static 

1、靜態全域性變數 

在全域性變數前,加上關鍵字static,該變數就被定義成為一個靜態全域性變數。我們先舉一個靜態全域性變數的例子,如下: 
//Example 1#include <iostream.h>void fn();static int n; //定義靜態全域性變數void main()void fn() 
靜態全域性變數有以下特點: 
a.該變數在全域性資料區分配記憶體; 
b.未經初始化的靜態全域性變數會被程式自動初始化為0(自動變數的值是隨機的,除非它被顯式初始化); 
c.靜態全域性變數在宣告它的整個檔案都是可見的,而在檔案之外是不可見的; 
d.靜態變數都在全域性資料區分配記憶體,包括後面將要提到的靜態區域性變數。對於一個完整的程式,在記憶體中的分佈情況如下圖: 
程式碼區 
全域性資料區 
堆區 
棧區 

一般程式的由new產生的動態資料存放在堆區,</span><span style="color:#6633ff;">函式內部的自動變數存放在棧區。自動變數一般會隨著函式的退出而釋放空間,靜態資料(即使是函式內部的靜 態區域性變數)也存放在全域性資料區。全域性資料區的資料並不會因為函式的退出而釋放空間。</span><span style="color:#333333;">細心的讀者可能會發現,Example 1中的程式碼中將 

static int n; //定義靜態全域性變數 
改為 
int n; //定義全域性變數 
程式照樣正常執行。 
的確,定義全域性變數就可以實現變數在檔案中的共享,但定義靜態全域性變數還有以下好處: 
靜態全域性變數不能被其它檔案所用; 
其它檔案中可以定義相同名字的變數,不會發生衝突; 
您可以將上述示例程式碼改為如下: 


//Example 2//File1#include <iostream.h>void fn();static int n; //定義靜態全域性變數void main()//File2#include <iostream.h>extern int n;void fn() 
編譯並執行Example 2,您就會發現上述程式碼可以分別通過編譯,但執行時出現錯誤。 試著將 
static int n; //定義靜態全域性變數 
改為 
int n; //定義全域性變數 
再次編譯執行程式,細心體會全域性變數和靜態全域性變數的區別。 
2、靜態區域性變數 

在區域性變數前,加上關鍵字static,該變數就被定義成為一個靜態區域性變數。 

我們先舉一個靜態區域性變數的例子,如下: 

//Example 3#include <iostream.h>void fn();void main()void fn() 
通常,在函式體內定義了一個變數,每當程式執行到該語句時都會給該區域性變數分配棧記憶體。但隨著程式退出函式體,系統就會收回棧記憶體,區域性變數也相應失效。 
但有時候我們需要在兩次呼叫之間對變數的值進行儲存。通常的想法是定義一個全域性變數來實現。但這樣一來,變數已經不再屬於函式本身了,不再僅受函式的控制,給程式的維護帶來不便。 
靜態區域性變數正好可以解決這個問題。</span><span style="color:#3333ff;">靜態區域性變數儲存在全域性資料區,而不是儲存在棧中,每次的值保持到下一次呼叫,直到下次賦新值。</span><span style="color:#333333;"> 
靜態區域性變數有以下特點: 
a.該變數在全域性資料區分配記憶體; 
b.靜態區域性變數在程式執行到該物件的宣告處時被首次初始化,即以後的函式呼叫不再進行初始化; 
c.靜態區域性變數一般在宣告處初始化,如果沒有顯式初始化,會被程式自動初始化為0; 
d.</span><span style="color:#3333ff;">它始終駐留在全域性資料區,直到程式執行結束。但其作用域為區域性作用域,當定義它的函式或語句塊結束時,其作用域隨之結束; </span><span style="color:#333333;">
3、靜態函式 

在函式的返回型別前加上static關鍵字,函式即被定義為靜態函式。靜態函式與普通函式不同,它只能在宣告它的檔案當中可見,不能被其它檔案使用。 

靜態函式的例子: 

//Example 4#include <iostream.h>static void fn();//宣告靜態函式void main()void fn()//定義靜態函式 
定義靜態函式的好處: 
靜態函式不能被其它檔案所用; 
其它檔案中可以定義相同名字的函式,不會發生衝突; 
二、面向物件的static關鍵字(類中的static關鍵字) 

1、靜態資料成員 

在類內資料成員的宣告前加上關鍵字static,該資料成員就是類內的靜態資料成員。先舉一個靜態資料成員的例子。 

//Example 5#include <iostream.h>class Myclass;int Myclass::Sum=0;//定義並初始化靜態資料成員Myclass::Myclass(int a,int b,int c)void Myclass::GetSum()void main() 
可以看出,靜態資料成員有以下特點: 
對於非靜態資料成員,每個類物件都有自己的拷貝。而靜態資料成員被當作是類的成員。無論這個類的物件被定義了多少個,靜態資料成員在程式中也只有一份拷 貝,由該型別的所有物件共享訪問。也就是說,靜態資料成員是該類的所有物件所共有的。對該類的多個物件來說,靜態資料成員只分配一次記憶體,供所有物件共 用。所以,靜態資料成員的值對每個物件都是一樣的,它的值可以更新; 
靜態資料成員儲存在全域性資料區。靜態資料成員定義時要分配空間,所以不能在類宣告中定義。在Example 5中,語句int Myclass::Sum=0;是定義靜態資料成員; 
靜態資料成員和普通資料成員一樣遵從public,protected,private訪問規則; 
因為靜態資料成員在全域性資料區分配記憶體,屬於本類的所有物件共享,所以,它不屬於特定的類物件,在沒有產生類物件時其作用域就可見,即在沒有產生類的例項時,我們就可以操作它; 
靜態資料成員初始化與一般資料成員初始化不同。靜態資料成員初始化的格式為: 
<資料型別><類名>::<靜態資料成員名>=<值> 
類的靜態資料成員有兩種訪問形式: 
<類物件名>.<靜態資料成員名> 或 <類型別名>::<靜態資料成員名> 
如果靜態資料成員的訪問許可權允許的話(即public的成員),可在程式中,按上述格式來引用靜態資料成員 ; 
靜態資料成員主要用在各個物件都有相同的某項屬性的時候。比如對於一個存款類,每個例項的利息都是相同的。所以,應該把利息設為存款類的靜態資料成員。這 有兩個好處,第一,不管定義多少個存款類物件,利息資料成員都共享分配在全域性資料區的記憶體,所以節省儲存空間。第二,一旦利息需要改變時,只要改變一次, 則所有存款類物件的利息全改變過來了; 
同全域性變數相比,使用靜態資料成員有兩個優勢: 
靜態資料成員沒有進入程式的全域性名字空間,因此不存在與程式中其它全域性名字衝突的可能性; 
可以實現資訊隱藏。靜態資料成員可以是private成員,而全域性變數不能; 

2、靜態成員函式 
與靜態資料成員一樣,我們也可以建立一個靜態成員函式,它為類的全部服務而不是為某一個類的具體物件服務。靜態成員函式與靜態資料成員一樣,都是類的內部 實現,屬於類定義的一部分。 普通的成員函式一般都隱含了一個this指標,this指標指向類的物件本身,因為普通成員函式總是具體的屬於某個類的具體物件的。通常情況下,this 是預設的。如函式fn()實際上是this->fn()。但是與普通函式相比,靜態成員函式由於不是與任何的物件相聯絡,因此它不具有this指 針。從這個意義上講,它無法訪問屬於類物件的非靜態資料成員,也無法訪問非靜態成員函式,它只能呼叫其餘的靜態成員函式。 下面舉個靜態成員函式的例子。 

//Example 6#include <iostream.h>class Myclass;int Myclass::Sum=0;//定義並初始化靜態資料成員Myclass::Myclass(int a,int b,int c)void Myclass::GetSum() //靜態成員函式的實現void main() 

關於靜態成員函式,可以總結為以下幾點: 
出現在類體外的函式定義不能指定關鍵字static; 
靜態成員之間可以相互訪問,包括靜態成員函式訪問靜態資料成員和訪問靜態成員函式; 
非靜態成員函式可以任意地訪問靜態成員函式和靜態資料成員; 
靜態成員函式不能訪問非靜態成員函式和非靜態資料成員; 
由於沒有this指標的額外開銷,因此靜態成員函式與類的全域性函式相比速度上會有少許的增長; 
呼叫靜態成員函式,可以用成員訪問操作符(.)和(->)為一個類的物件或指向類物件的指標呼叫靜態成員函式,也可以直接使用如下格式: 
<類名>::<靜態成員函式名>(<引數表>) 
呼叫類的靜態成員函式。 </span>