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C++ static使用

C++ 中,static 的使用主要用于修饰静态全局变量、静态局部变量、静态函数,在面向对象中,static 可以用于修饰静态数据成员和静态成员函数。

静态全局变量

在全局变量前,加上关键字 static,该变量就被定义成为一个静态全局变量。静态全局变量有以下特点:

  1. 该变量在全局数据区分配内存;
  2. 未经初始化的静态全局变量会被程序自动初始化为 0(自动变量的值是随机的,除非它被显式初始化);
  3. 静态全局变量在声明它的整个文件都是可见的,而在文件之外是不可见的;
  4. 静态变量都在全局数据区分配内存,包括后面将要提到的静态局部变量。对于一个完整的程序,在内存中的分布情况如下图:

01_C static使用.png

一般程序的由 new 产生的动态数据存放在堆区,函数内部的自动变量存放在栈区。自动变量一般会随着函数的退出而释放空间,静态数据(即使是函数内部的静态局部变量)也存放在全局数据区。

全局数据区的数据并不会因为函数的退出而释放空间。定义全局变量就可以实现变量在文件中的共享,但定义静态全局变量还有以下好处:

  1. 静态全局变量不能被其它文件所用;
  2. 其它文件中可以定义相同名字的变量,不会发生冲突;

静态局部变量

在局部变量前,加上关键字 static,该变量就被定义成为一个静态局部变量。

通常,在函数体内定义了一个变量,每当程序运行到该语句时都会给该局部变量分配栈内存。但随着程序退出函数体,系统就会收回栈内存,局部变量也相应失效。

但有时候我们需要在两次调用之间对变量的值进行保存。通常的想法是定义一个全局变量来实现。但这样一来,变量已经不再属于函数本身了,不再仅受函数的控制,给程序的维护带来不便。

静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区,而不是保存在栈中,每次的值保持到下一次调用,直到下次赋新值。

静态局部变量有以下特点:

  1. 该变量在全局数据区分配内存;
  2. 静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化,即以后的函数调用不再进行初始化;
  3. 静态局部变量一般在声明处初始化,如果没有显式初始化,会被程序自动初始化为 0;
  4. 它始终驻留在全局数据区,直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域,当定义它的函数或语句块结束时,其作用域随之结束;

静态函数

在函数的返回类型前加上 static 关键字,函数即被定义为静态函数。静态函数与普通函数不同,它只能在声明它的文件当中可见,不能被其它文件使用。

定义静态函数的好处:

  1. 静态函数不能被其它文件所用;
  2. 其它文件中可以定义相同名字的函数,不会发生冲突;

面向对象的static关键字

静态数据成员

在类内数据成员的声明前加上关键字 static,该数据成员就是类内的静态数据成员。可以看出,静态数据成员有以下特点:

  1. 对于非静态数据成员,每个类对象都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成员。无论这个类的对象被定义了多少个,静态数据成员在程序中也只有一份拷贝,由该类型的所有对象共享访问。也就是说,静态数据成员是该类的所有对象所共有的。对该类的多个对象来说,静态数据成员只分配一次内存,供所有对象共用。所以,静态数据成员的值对每个对象都是一样的,它的值可以更新;

  2. 静态数据成员存储在全局数据区。静态数据成员定义时要分配空间,所以不能在类声明中定义。

  3. 静态数据成员和普通数据成员一样遵从 public, protected, private 访问规则;

  4. Static 成员变量的初始话是在类外,此时不能再带上 static 的关键字。

  5. private, protected 的 static 成员虽然可以在类外初始化,但是不能在类外被访问。因为静态数据成员在全局数据区分配内存,属于本类的所有对象共享,所以,它不属于特定的类对象,在没有产生类对象时其作用域就可见,即在没有产生类的实例时,我们就可以操作它;

  6. 静态数据成员初始化与一般数据成员初始化不同。静态数据成员初始化的格式为:

    <数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>

    类的静态数据成员有两种访问形式:

    <类对象名>.<静态数据成员名> 或 <类类型名>::<静态数据成员名>

    如果静态数据成员的访问权限允许的话(即 public 的成员),可在程序中,按上述格式来引用静态数据成员 ;

  7. 静态数据成员主要用在各个对象都有相同的某项属性的时候。比如对于一个存款类,每个实例的利息都是相同的。所以,应该把利息设为存款类的静态数据成员。这有两个好处,第一,不管定义多少个存款类对象,利息数据成员都共享分配在全局数据区的内存,所以节省存储空间。第二,一旦利息需要改变时,只要改变一次,则所有存款类对象的利息全改变过来了;

  8. 同全局变量相比,使用静态数据成员有两个优势:

    1. 静态数据成员没有进入程序的全局名字空间,因此不存在与程序中其它全局名字冲突的可能性;
    2. 可以实现信息隐藏。静态数据成员可以是private成员,而全局变量不能;

静态成员函数

与静态数据成员一样,我们也可以创建一个静态成员函数,它为类的全部服务而不是为某一个类的具体对象服务。静态成员函数与静态数据成员一样,都是类的内部实现,属于类定义的一部分。

普通的成员函数一般都隐含了一个 this 指针,this 指针指向类的对象本身,因为普通成员函数总是具体的属于某个类的具体对象的。

通常情况下,this 是缺省的。如函数 fn() 实际上是 this->fn()。但是与普通函数相比,静态成员函数由于不是与任何的对象相联系,因此它不具有 this 指针。从这个意义上讲,它无法访问属于类对象的非静态数据成员,也无法访问非静态成员函数,它只能调用其余的静态成员函数。

总结

关于静态成员函数,可以总结为以下几点:

  1. 出现在类体外的函数定义不能指定关键字 static;

  2. 静态成员之间可以相互访问,包括静态成员函数访问静态数据成员和访问静态成员函数;

  3. 非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据成员;

  4. 静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员;

  5. 由于没有 this 指针的额外开销,因此静态成员函数与类的全局函数相比速度上会有少许的增长;

  6. 调用静态成员函数,可以用成员访问操作符(.)和(->)为一个类的对象或指向类对象的指针调用静态成员函数,也可以直接使用如下格式:

    <类名>::<静态成员函数名>(<参数表>)

    调用此类函数。

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