C++中的static关键字

C/C++ 尼古拉斯.赵四 4064℃ 0评论

C++的static有两种用法:面向过程程序设计中的static和面向对象程序设计中的static。前者应用于普通变量和函数,不涉及类;后者主要说明static在类中的作用。
一、面向过程设计中的static
1、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。我们先举一个静态全局变量的例子,如下:

  1. #include<iostream>  
  2. using namespace std;  
  3.   
  4. static int n;  //定义静态全局变量  
  5.   
  6. void fn()  
  7. {  
  8.     n++;  
  9.     cout<<n<<endl;  
  10. }  
  11.   
  12. int main(void)  
  13. {  
  14.     n = 20;  
  15.     cout<<n<<endl;  
  16.     fn();  
  17.     return 0;  
  18. }  

静态全局变量有以下特点:

  • 该变量在全局数据区分配内存;
  • 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);
  • 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; 

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:

代码区
全局数据区
堆区
栈区

  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。细心的读者可能会发现,Example 1中的代码中将

  1. static int n;  //定义静态全局变量  

改为

  1. int n;  //定义全局变量  

程序照样正常运行。
的确,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:
静态全局变量不能被其它文件所用;
其它文件中可以定义相同名字的变量,不会发生冲突;

您可以将上述示例代码改为如下:

  1. //File1  
  2. #include<iostream>  
  3. using namespace std;  
  4.   
  5. void fn();  
  6. static int n;  //定义静态全局变量  
  7.   
  8. int main(void)  
  9. {  
  10.     n = 20;  
  11.     cout<<n<<endl;  
  12.     fn();  
  13.     return 0;  
  14. }  
  15.   
  16. //File2  
  17. #include<iostream>  
  18. using namespace std;  
  19.   
  20. extern int n;  
  21.   
  22. void fn()  
  23. {  
  24.     n++;  
  25.     cout<<n<<endl;  
  26. }  

编译并运行这个程序,您就会发现上述代码可以分别通过编译,但运行时出现错误。试着将

  1. static int n;  //定义静态全局变量  

改为

  1. int n;  //定义全局变量  

再次编译运行程序,细心体会全局变量和静态全局变量的区别。
2、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。
我们先举一个静态局部变量的例子,如下:

  1. #include<iostream>  
  2. using namespace std;  
  3.   
  4. void fn();  
  5.   
  6. int main(void)  
  7. {  
  8.     fn();  
  9.     fn();  
  10.     fn();  
  11.     return 0;  
  12. }  
  13.   
  14. void fn()  
  15. {  
  16.     static int n = 10;  
  17.     cout<<n<<endl;  
  18.     n++;  
  19. }  

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;

3、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。
静态函数的例子:

  1. #include<iostream>  
  2. using namespace std;  
  3.   
  4. static void fn();   //声明静态函数  
  5.   
  6. int main(void)  
  7. {  
  8.     fn();  
  9.     return 0;  
  10. }  
  11.   
  12. void fn()     //定义静态函数  
  13. {  
  14.     int n = 10;  
  15.     cout<<n<<endl;  
  16. }  

定义静态函数的好处:
静态函数不能被其它文件所用;
其它文件中可以定义相同名字的函数,不会发生冲突;
二、面向对象的static关键字(类中的static关键字)
1、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。先举一个静态数据成员的例子。

  1. #include<iostream>  
  2. using namespace std;  
  3.   
  4. class Myclass  
  5. {  
  6. private:  
  7.     int a , b , c;  
  8.     static int sum;  //声明静态数据成员  
  9. public:  
  10.     Myclass(int a , int b , int c);  
  11.     void GetSum();  
  12. };  
  13.   
  14. int Myclass::sum = 0;   //定义并初始化静态数据成员  
  15.   
  16. Myclass::Myclass(int a , int b , int c)  
  17. {  
  18.     this->a = a;  
  19.     this->b = b;  
  20.     this->c = c;  
  21.     sum += a+b+c;  
  22. }  
  23. void Myclass::GetSum()  
  24. {  
  25.     cout<<“sum=”<<sum<<endl;  
  26. }  
  27.   
  28. int main(void)  
  29. {  
  30.     Myclass M(1 , 2 , 3);  
  31.     M.GetSum();  
  32.     Myclass N(4 , 5 , 6);  
  33.     N.GetSum();  
  34.     M.GetSum();  
  35.     return 0;  
  36. }  

可以看出,静态数据成员有以下特点:

  • 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;
  • 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。在Example 5中,语句int Myclass::Sum=0;是定义静态数据成员;
  • 静态数据成员和普通数据成员一样遵从public,protected,private访问规则;
  • 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;
  • 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 ;
  • 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;
  • 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;

2、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。下面举个静态成员函数的例子。

  1. #include<iostream>  
  2. using namespace std;  
  3.   
  4. class Myclass  
  5. {  
  6. private:  
  7.     int a , b , c;  
  8.     static int sum;  //声明静态数据成员  
  9. public:  
  10.     Myclass(int a , int b , int c);  
  11.     static void GetSum();  //声明静态成员函数  
  12. };  
  13.   
  14. int Myclass::sum = 0;   //定义并初始化静态数据成员  
  15.   
  16. Myclass::Myclass(int a , int b , int c)  
  17. {  
  18.     this->a = a;  
  19.     this->b = b;  
  20.     this->c = c;  
  21.     sum += a+b+c;    //非静态成员函数可以访问静态数据成员  
  22. }  
  23. void Myclass::GetSum()    //静态成员函数的实现  
  24. {  
  25.     //cout<<a<<endl;    //错误代码,a是非静态数据成员  
  26.     cout<<“sum=”<<sum<<endl;  
  27. }  
  28.   
  29. int main(void)  
  30. {  
  31.     Myclass M(1 , 2 , 3);  
  32.     M.GetSum();  
  33.     Myclass N(4 , 5 , 6);  
  34.     N.GetSum();  
  35.     Myclass::GetSum();  
  36.     return 0;  
  37. }  

关于静态成员函数,可以总结为以下几点:

  • 出现在类体外的函数定义不能指定关键字static;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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;
  • 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>)
    调用类的静态成员函数。

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