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C|C++中的靜態全域性變數,靜態區域性變數,全域性變數,區域性變數的區別

static有兩種用法:面向過程程式設計中的static和麵向物件程式設計中的static。前者應用於普通變數和函式,不涉及類;後者主要說明static在類中的作用。 

一、面向過程設計中的static 
全域性變數、區域性變數、靜態全域性變數、靜態區域性變數的區別 
C++變數根據定義的位置的不同的生命週期,具有不同的作用域,作用域可分為6種:全域性作用域,區域性作用域,語句作用域,類作用域,名稱空間作用域和檔案作用域。 
從作用域看: 
全域性變數具有全域性作用域。全域性變數只需在一個原始檔中定義,就可以作用於所有的原始檔。當然,其他不包含全域性變數定義的原始檔需要用extern 關鍵字再次宣告這個全域性變數。 


靜態區域性變數具有區域性作用域(static),它只被初始化一次,自從第一次被初始化直到程式執行結束都一直存在,它和全域性變數的區別在於全域性變數對所有的函式都是可見的,而靜態區域性變數只對定義自己的函式體始終可見。 
區域性變數也只有區域性作用域,它是自動物件(auto),它在程式執行期間不是一直存在,而是隻在函式執行期間存在,函式的一次呼叫執行結束後,變數被撤銷,其所佔用的記憶體也被收回。 
靜態全域性變數也具有全域性作用域
(static),它與全域性變數的區別在於如果程式包含多個檔案的話,它作用於定義它的檔案裡,不能作用到其它檔案裡,即被static關鍵字修飾過的變數具有檔案作用域。這樣即使兩個不同的原始檔都定義了相同名字的靜態全域性變數,它們也是不同的變數。 

從分配記憶體空間看:
全域性變數,靜態區域性變數,靜態全域性變數都在靜態儲存區分配空間,而區域性變數在棧裡分配空間 ,new出來的空間在堆裡

全域性變數本身就是靜態儲存方式, 靜態全域性變數當然也是靜態儲存方式。這兩者在儲存方式上並無不同。這兩者的區別雖在於非靜態全域性變數的作用域是整個源程式,當一個源程式由多個原始檔組成時,非靜態的全域性變數在各個原始檔中都是有效的。 而靜態全域性變數則限制了其作用域, 即只在定義該變數的原始檔內有效,在同一源程式的其它原始檔中不能使用它。由於靜態全域性變數的作用域侷限於一個原始檔內,只能為該原始檔內的函式公用,因此可以避免在其它原始檔中引起錯誤。 
    1)、靜態變數會被放在程式的靜態資料儲存區(資料段)(全域性可見)中,這樣可以在下一次呼叫的時候還可以保持原來的賦值。這一點是它與棧變數和堆變數的區別。

在指標呼叫的時候,如果要返回一個區域性變數值,返回值可以用static模式,否則指標會飛掉。
  2)、變數用static告知編譯器,自己僅僅在變數的作用範圍內可見。這一點是它與全域性變數的區別。 
從以上分析可以看出, 把區域性變數改變為靜態變數後是改變了它的儲存方式即改變了它的生存期。把全域性變數改變為靜態變數後是改變了它的作用域,限制了它的使用範圍。因此static 這個說明符在不同的地方所起的作用是不同的。應予以注意。 
Tips:
  A.若全域性變數僅在單個C檔案中訪問,則可以將這個變數修改為靜態全域性變數,以降低模組間的耦合度;
  B.若全域性變數僅由單個函式訪問,則可以將這個變數改為該函式的靜態區域性變數,以降低模組間的耦合度;
  C.設計和使用訪問動態全域性變數、靜態全域性變數、靜態區域性變數的函式時,需要考慮重入問題,因為他們都放在靜態資料儲存區,全域性可見;
    D.如果我們需要一個可重入的函式,那麼,我們一定要避免函式中使用static變數(這樣的函式被稱為:帶“內部儲存器”功能的的函式)
    E.函式中必須要使用static變數情況:比如當某函式的返回值為指標型別時,則必須是static的區域性變數的地址作為返回值,若為auto型別,則返回為錯指標。 
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static 全域性變數:改變作用範圍,不改變儲存位置 
static 區域性變數:改變儲存位置,不改變作用範圍 
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。 
                如果在一個原始檔中定義的函式,只能被本檔案中的函式呼叫,而不能被同一程式其它檔案中的函式呼叫,這種函式也稱為內部函式。定義一個內部函式,只需在函式型別前再加一個“static”關鍵字即可。 
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二、面向物件的static關鍵字(類中的static關鍵字) 

1、靜態資料成員 

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; 故可以直接通過 “<類型別名>::<靜態成員名>”呼叫
  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: 
  ①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; 
  ②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。 
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。 
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  static靜態變數宣告符。 在宣告它的程式塊,子程式塊或函式內部有效,值保持,在整個程式期間分配儲存器空間,編譯器預設值0。 
  是C++中很常用的修飾符,它被用來控制變數的儲存方式和可見性。 
  2、為什麼要引入static? 
  函式內部定義的變數,在程式執行到它的定義處時,編譯器為它在棧上分配空間,大家知道,函式在棧上分配的空間在此函式執行結束時會釋放掉,這樣就產生了一個問題: 如果想將函式中此變數的值儲存至下一次呼叫時,如何實現? 最容易想到的方法是定義一個全域性的變數,但定義為一個全域性變數有許多缺點,最明顯的缺點是破壞了此變數的訪問範圍(使得在此函式中定義的變數,不僅僅受此函式控制)。 
  3、什麼時候用static? 
  需要一個數據物件為整個類而非某個物件服務,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。 
  4、static的內部機制: 
  靜態資料成員要在程式一開始執行時就必須存在。因為函式在程式執行中被呼叫,所以靜態資料成員不能在任何函式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,一是作為類的外部介面的標頭檔案,那裡有類宣告(這句話可能不對);二是類定義的內部實現,那裡有類的成員函式定義;三是應用程式的main()函式前的全域性資料宣告和定義處。 
  靜態資料成員要實際地分配空間,故不能在類的宣告中定義(只能宣告資料成員)。類宣告只宣告一個類的“尺寸和規格”,並不進行實際的記憶體分配,所以在類宣告中寫成定義是錯誤的。它也不能在標頭檔案中類宣告的外部定義,因為那會造成在多個使用該類的原始檔中,對其重複定義。 
  static被引入以告知編譯器,將變數儲存在程式的靜態儲存區而非棧上空間,靜態 
  資料成員按定義出現的先後順序依次初始化,注意靜態成員巢狀時,要保證所巢狀的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。 
  5、static的優勢: 
  可以節省記憶體,因為它是所有物件所公有的,因此,對多個物件來說,靜態資料成員只儲存一處,供所有物件共用。靜態資料成員的值對每個物件都是一樣,但它的值是可以更新的。只要對靜態資料成員的值更新一次,保證所有物件存取更新後的相同的值,這樣可以提高時間效率。 
  6、引用靜態資料成員時,採用如下格式: 
  <類名>::<靜態成員名> 
  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。 
  7、注意事項: 
  (1)類的靜態成員函式是屬於整個類而非類的物件,所以它沒有this指標,這就導致 
  了它僅能訪問類的靜態資料和靜態成員函式。 
  (2)不能將靜態成員函式定義為虛擬函式。 
  (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 
  ,變數地址是指向其資料型別的指標 ,函式地址型別是一個“nonmember函式指標”。 
  (4)由於靜態成員函式沒有this指標,所以就差不多等同於nonmember函式,結果就 
  產生了一個意想不到的好處:成為一個callback函式,使得我們得以將C++和C-based X W 
  indow系統結合,同時也成功的應用於執行緒函式身上。

  (5)static並沒有增加程式的時空開銷,相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問 
  時間,節省了子類的記憶體空間。 
  (6)靜態資料成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static。 
  (7)靜態資料成員是靜態儲存的,所以必須對它進行初始化。 
  (8)靜態成員初始化與一般資料成員初始化不同: 
初始化在類體外進行,而前面不加static,以免與一般靜態變數或物件相混淆; 
  初始化時不加該成員的訪問許可權控制符private,public等; 
  初始化時使用作用域運算子來標明它所屬類; 
  所以我們得出靜態資料成員初始化的格式: 
  <資料型別><類名>::<靜態資料成員名>=<值> 
  (9)為了防止父類的影響,可以在子類定義一個與父類相同的靜態變數,以遮蔽父類的影響。這裡有一點需要注意:我們說靜態成員為父類和子類共享,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。