淺談C++static

2018-08-16 15:49:38 C語言基礎

C++的static

C++的static有兩種用法：面向過程程序設計中的static和麵向對象程序設計中的static。前者應用於普通變量和函數，不涉及類；後者主要說明static在類中的作用。

面向過程中的static

靜態全局變量——在全局變量前，加上關鍵字static，該變量就被定義成為一個靜態全局變量。靜態全局變量有以下特點：

該變量在全局數據區分配內存；
未經初始化的靜態全局變量會被程序自動初始化為0（自動變量的值是隨機的，除非它被顯式初始化）；
靜態全局變量在聲明它的整個文件都是可見的，而在文件之外是不可見的；
靜態全局變量不能被其它文件所用
其它文件中可以定義相同名字的變量，不會發生衝突

注：對於一個完整的程序，在內存中的分佈情況如下圖：

靜態變量都在全局數據區分配內存，包括後面將要提到的靜態局部變量。一般程序的由new產生的動態數據存放在堆區，函數內部的自動變量存放在棧區。自動變量一般會隨著函數的退出而釋放空間，靜態數據（即使是函數內部的靜態局部變量）也存放在全局數據區。全局數據區的數據並不會因為函數的退出而釋放空間。

靜態局部變量

在局部變量前，加上關鍵字static，該變量就被定義成為一個靜態局部變量。通常，在函數體內定義了一個變量，每當程序運行到該語句時都會給該局部變量分配棧內存。但隨著程序退出函數體，系統就會收回棧內存，局部變量也相應失效。但有時候我們需要在兩次調用之間對變量的值進行保存。通常的想法是定義一個全局變量來實現。但這樣一來，變量已經不再屬於函數本身了，不再僅受函數的控制，給程序的維護帶來不便。靜態局部變量正好可以解決這個問題。靜態局部變量保存在全局數據區，而不是保存在棧中，每次的值保持到下一次調用，直到下次賦新值。靜態局部變量有以下特點：

該變量在全局數據區分配內存；
靜態局部變量在程序執行到該對象的聲明處時被首次初始化，即以後的函數調用不再進行初始化；
靜態局部變量一般在聲明處初始化，如果沒有顯式初始化，會被程序自動初始化為0；
它始終駐留在全局數據區，直到程序運行結束。但其作用域為局部作用域，當定義它的函數或語句塊結束時，其作用域隨之結束；

靜態函數

在函數的返回類型前加上static關鍵字,函數即被定義為靜態函數。靜態函數與普通函數不同，它只能在聲明它的文件當中可見，不能被其它文件使用。

靜態函數有以下特點：

靜態函數不能被其它文件所用；
其它文件中可以定義相同名字的函數，不會發生衝突；

面向對象的static

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。

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；
因為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；
靜態數據成員初始化與一般數據成員初始化不同。靜態數據成員初始化的格式為：
＜數據類型＞＜類名＞::＜靜態數據成員名＞=＜值＞
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，應該把利息設為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；

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，它為類的全部服務而不是為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，因為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。

關於靜態成員函數，可以總結為以下幾點：

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(->)為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。

C++中的內存分配方式

棧，就是那些由編譯器在需要的時候分配，在不需要的時候自動清除的變量的存儲區。裡面的變量通常是局部變量、函數參數等。在一個進程中，位於用戶虛擬地址空間頂部的是用戶棧，編譯器用它來實現函數的調用。和堆一樣，用戶棧在程序執行期間可以動態地擴展和收縮。

堆，就是那些由 new 分配的內存塊，他們的釋放編譯器不去管，由我們的應用程序去控制，一般一個 new 就要對應一個 delete。如果程序員沒有釋放掉，那麼在程序結束後，操作系統會自動回收。堆可以動態地擴展和收縮。

自由存儲區，就是那些由 malloc 等分配的內存塊，他和堆是十分相似的，不過它是用 free 來結束自己的生命的。

全局/靜態存儲區，全局變量和靜態變量被分配到同一塊內存中，在以前的 C 語言中，全局變量又分為初始化的和未初始化的（初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量與靜態變量在相鄰的另一塊區域，同時未被初始化的對象存儲區可以通過 void* 來訪問和操縱，程序結束後由系統自行釋放），在 C++ 裡面沒有這個區分了，他們共同佔用同一塊內存區。

常量存儲區，這是一塊比較特殊的存儲區，他們裡面存放的是常量，不允許修改（當然，你要通過非正當手段也可以修改，而且方法很多）