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static用法詳解

本文轉載自   查看原文   2013-07-18 16:07   19375    C/C++重要知識點

一. 面向過程程序設計

1、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。我們先舉一個靜態全局變量的例子，如下：
　　

[cpp] view plain copy
  1. //Example 1  
  2. 　　#include <iostream.h>  
  3. 　　void fn();  
  4. 　　static int n; //定義靜態全局變量  
  5. 　　void main()  
  6. 　　{ n=20;  
  7. 　　cout<<n<<endl;  
  8. 　　fn();  
  9. 　　}  
  10. 　　void fn()  
  11. 　　{ n++;  
  12. 　　cout<<n<<endl;  
  13. 　　}  

靜態全局變量有以下特點：

  1. 該變量在全局數據區分配內存；
  2. 未經初始化的靜態全局變量會被程序自動初始化為0（ 在函數體內聲明的自動變量的值是隨機的，除非它被顯式初始化，而在函數體外被聲明的自動變量也會被初始化為0）；
  3. 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；
  4. 靜態變量都在全局數據區分配內存，包括后面將要提到的靜態局部變量。

對於一個完整的程序，在內存中的分布情況如下圖：

代碼區 //low address
全局數據區
堆區
棧區 //high address

　　一般程序把新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。自動變量一般會隨着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。細心的讀者可能會發現，Example 1中的代碼中將
　　static int n; //定義靜態全局變量
　　改為
　　int n; //定義全局變量
　　程序照樣正常運行。
　　的確，定義全局變量就可以實現變量在文件中的共享。

但定義靜態全局變量還有以下好處：

  • 　　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，不會發生沖突；

　　您可以將上述示例代碼改為如下：　　

[cpp] view plain copy
  1. //Example 2//File1  
  2. 　　#include <iostream.h>  
  3. 　　void fn();  
  4. 　　static int n; //定義靜態全局變量  
  5. 　　void main()  
  6. 　　{ n=20;  
  7. 　　cout<<n<<endl;  
  8. 　　fn();  
  9. 　　}  
  10. 　　//File2  
  11. 　　#include <iostream.h>  
  12. 　　extern int n;  
  13. 　　void fn()  
  14. 　　{ n++;  
  15. 　　cout<<n<<endl;  
  16. 　　}  

　　編譯並運行Example 2，您就會發現上述代碼可以分別通過編譯，但運行時出現錯誤。 試着將
　　static int n; //定義靜態全局變量
　　改為
　　int n; //定義全局變量
　　再次編譯運行程序，細心體會全局變量和靜態全局變量的區別。
注意：全局變量和全局靜態變量的區別
　　1）全局變量是不顯式用static修飾的全局變量，但全局變量默認是動態的，作用域是整個工程，在一個文件內定義的全局變量，在另一個文件中，通過extern 全局變量名的聲明，就可以使用全局變量。
　　2）全局靜態變量是顯式用static修飾的全局變量，作用域是所在的文件，其他的文件即使用extern聲明也不能使用。
　　

2、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。
　　我們先舉一個靜態局部變量的例子，如下：　　

[cpp] view plain copy
  1. //Example 3  
  2. 　　#include <iostream.h>  
  3. 　　void fn();  
  4. 　　void main()  
  5. 　　{ fn();  
  6. 　　fn();  
  7. 　　fn();  
  8. 　　}  
  9. 　　void fn()  
  10. 　　{ static int n=10;  
  11. 　　cout<<n<<endl;  
  12. 　　n++;  
  13. 　　}  

　運行結果：

　  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。但隨着程序退出函數體，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：

  1. 該變量在全局數據區分配內存；
  2. 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，即以后的函數調用不再進行初始化； 　　
  3. 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；
  4. 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；

 

3、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。
　　靜態函數的例子：　

[cpp] view plain copy
  1. //Example 4  
  2. 　#include <iostream.h>  
  3. 　static void fn();//聲明靜態函數  
  4. 　void main()  
  5. 　{  
  6. 　fn();  
  7. 　}  
  8. 　void fn()//定義靜態函數  
  9. 　{ int n=10;  
  10. 　cout<<n<<endl;  
  11. 　}  

定義靜態函數的好處：

  • 　　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，不會發生沖突；

 

 

二. 面向對象程序設計
（類中的static關鍵字）

公共靜態數據成員可被類的外部訪問，保護或私有靜態數據成員只可被類的內部訪問。


1、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。先舉一個靜態數據成員的例子。

[cpp] view plain copy
  1. //Example 5  
  2. #include <iostream.h>  
  3. class Myclass  
  4. {  
  5. public:  
  6. Myclass(int a,int b,int c);  
  7. void GetSum();  
  8. private:  
  9. int a,b,c;  
  10. static int Sum;//聲明靜態數據成員  
  11. };  
  12. int Myclass::Sum=0;//定義並初始化靜態數據成員  
  13. Myclass::Myclass(int a,int b,int c)  
  14. { this->a=a;  
  15. this->b=b;  
  16. this->c=c;  
  17. Sum+=a+b+c;}  
  18. void Myclass::GetSum()  
  19. { cout<<"Sum="<<Sum<<endl;  
  20. }  
  21. void main()  
  22. { Myclass M(1,2,3);  
  23. M.GetSum();  
  24. Myclass N(4,5,6);  
  25. N.GetSum();  
  26. M.GetSum();}  

 

運行結果：

可以看出，靜態數據成員有以下特點：

  1. 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；
  2. 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；
  3. 靜態數據成員和普通數據成員一樣遵從public,protected,private訪問規則；
  4. 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沖突的可能性； 　　
  • 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；

 

2、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系，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，它只能調用其余的靜態成員函數。 下面舉個靜態成員函數的例子。
　　

[cpp] view plain copy
  1. //Example 6  
  2. 　　#include <iostream.h>  
  3. 　　class Myclass  
  4. 　　{public:  
  5. 　　Myclass(int a,int b,int c);  
  6. 　　static void GetSum();/聲明靜態成員函數  
  7. 　　private:  
  8. 　　int a,b,c;  
  9. 　　static int Sum;//聲明靜態數據成員  
  10. 　　};  
  11. 　　int Myclass::Sum=0;//定義並初始化靜態數據成員  
  12. 　　Myclass::Myclass(int a,int b,int c)  
  13. 　　{ this->a=a;  
  14. 　　this->b=b;  
  15. 　　this->c=c;  
  16. 　　Sum+=a+b+c; //非靜態成員函數可以訪問靜態數據成員  
  17. 　　}  
  18. 　　void Myclass::GetSum() //靜態成員函數的實現  
  19. 　　{// cout<<a<<endl; //錯誤代碼，a是非靜態數據成員  
  20. 　　cout<<"Sum="<<Sum<<endl;  
  21. 　　}  
  22. 　　void main()  
  23. 　　{ Myclass M(1,2,3);  
  24. 　　M.GetSum();  
  25. 　　Myclass N(4,5,6);  
  26. 　　N.GetSum();  
  27. 　　Myclass::GetSum();  
  28. 　　}  

關於靜態成員函數，可以總結為以下幾點：

  1. 出現在類體外的函數定義不能指定關鍵字static；
  2. 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；
  3. 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；
  4. 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； 　　
  5. 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。
作用
　　static靜態變量聲明符。 在聲明它的程序塊，子程序塊或函數內部有效，值保持，在整個程序期間分配存儲器空間，編譯器默認值0。
　　是C++中很常用的修飾符，它被用來控制變量的存儲方式和可見性。

為什么要引入static？
　　函數內部定義的變量，在程序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，函數在棧上分配的空間在此函數執行結束時會釋放掉，（注意：在棧上分配的空間會在函數執行后結束）這樣就產生 了一個問題: 如果想將函數中此變量的值保存至下一次調用時，如何實現？ 最容易想到的方法是定義一個全局的變量，但定義為一個全局變量有許多缺點，最明顯的缺點是破壞了此變量的訪問范圍（使得在此函數中定義的變量，不僅僅受此 函數控制）。

什么時候用static？
　　需要一個數據對象為整個類而非某個對象服務,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。

static的內部機制
　　靜態數據成員要在程序一開始運行時就必須存在。因為函數在程序運行中被調用，所以靜態數據成員不能在任何函數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，一是作為類的外部接口的頭文件，那里有類聲明；二是類定義的內部實現，那里有類的成員函數定義；三是應用程序的main（）函數前的全局數據聲明和定義處。
　　靜態數據成員要實際地分配空間，故不能在類的聲明中定義（只能聲明數據成員）。類聲明只聲明一個類的“尺寸和規格”，並不進行實際的內存分配，所以在 類聲明中寫成定義是錯誤的。它也不能在頭文件中類聲明的外部定義，因為那會造成在多個使用該類的源文件中，對其重復定義。
　　static被引入以告知編譯器，將變量存儲在程序的靜態存儲區而非棧上空間，靜態
　　數據成員按定義出現的先后順序依次初始化，注意靜態成員嵌套時，要保證所嵌套的成員已經初始化了。消除時的順序是初始化的反順序。

static的優勢
　　可以節省內存，因為它是所有對象所公有的，因此，對多個對象來說，靜態數據成員只存儲一處，供所有對象共用。靜態數據成員的值對每個對象都是一樣，但它的值是可以更新的。只要對靜態數據成員的值更新一次，保證所有對象存取更新后的相同的值，這樣可以提高時間效率。

應用格式
　　引用靜態數據成員時，采用如下格式：
　　<類名>::<靜態成員名>
　　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。
注意事項
　　(1)類的靜態成員函數是屬於整個類而非類的對象，所以它沒有this指針，這就導致了它僅能訪問類的靜態數據和靜態成員函數。
　　(2)不能將靜態成員函數定義為虛函數。
　　(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，變量地址是指向其數據類型的指針 ，函數地址類型是一個“nonmember函數指針”。
　　(4)由於靜態成員函數沒有this指針，所以就差不多等同於nonmember函數，結果就產生了一個意想不到的好處：成為一個callback函數，使得我們得以將C++和C-based X Window系統結合，同時也成功的應用於線程函數身上。
　　(5)static並沒有增加程序的時空開銷，相反她還縮短了子類對父類靜態成員的訪問時間，節省了子類的內存空間。
　　(6)靜態數據成員在<定義或說明>時前面加關鍵字static。
　　(7)靜態數據成員是靜態存儲的，所以必須對它進行初始化。
　　(8)靜態成員初始化與一般數據成員初始化不同:

  • 　　初始化在類體外進行，而前面不加static，以免與一般靜態變量或對象相混淆；
  • 　　初始化時不加該成員的訪問權限控制符private，public等；
  • 　　初始化時使用作用域運算符來標明它所屬類；

　　所以我們得出靜態數據成員初始化的格式：


　　<數據類型><類名>::<靜態數據成員名>=<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量，以屏蔽父類的影響。這里有一點需要注意：我們說靜態成員為父類和子類共享，但我 們有重復定義了靜態成員，這會不會引起錯誤呢？不會，我們的編譯器采用了一種絕妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的標志。在各通信公司的筆試面試中經常出現的考題就是static的作用及功能。

C中的static函數
分類
　　static 函數內部函數和外部函數
　　當一個源程序由多個源文件組成時，C語言根據函數能否被其它源文件中的函數調用，將函數分為內部函數和外部函數。
內部函數
　　（又稱靜態函數）
　　如果在一個源文件中定義的函數，只能被本文件中的函數調用，而不能被同一程序其它文件中的函數調用，這種函數稱為內部函數。
　　定義一個內部函數，只需在函數類型前再加一個“static”關鍵字即可，如下所示：
　　static 函數類型 函數名(函數參數表)
　　{……}
　　關鍵字“static”，譯成中文就是“靜態的”，所以內部函數又稱靜態函數。但此處“static”的含義不是指存儲方式，而是指對函數的作用域僅局限於本文件。
　　使用內部函數的好處是：不同的人編寫不同的函數時，不用擔心自己定義的函數，是否會與其它文件中的函數同名，因為同名也沒有關系。
外部函數
　　外部函數的定義：在定義函數時，如果沒有加關鍵字“static”，或冠以關鍵字“extern”，表示此函數是外部函數：
　　[extern] 函數類型 函數名(函數參數表)
　　{……}
　　調用外部函數時，需要對其進行說明：
　　[extern] 函數類型 函數名(參數類型表)[，函數名2(參數類型表2)……]；
　　[案例]外部函數應用。
　　（1）文件mainf.c
　　main()
　　{ extern void input(…),process(…),output(…);
　　input(…); process(…); output(…);
　　}
　　（2）文件subf1.c
　　……
　　extern void input(……) /*定義外部函數*/
　　{……}
　　（3）文件subf2.c
　　……
　　extern void process(……) /*定義外部 函數*/
　　{……}
　　（4）文件subf3.c
　　……
　　extern void output(……) /*定義外部函數*/
　　{……}

JAVA中的static

作用
　　有時你希望定義一個類成員，使它的使用完全獨立於該類的任何對象。通常情況下，類成員必須通過它的類的對象訪問，但是可以創建這樣一個成員，它能夠被 它自己使用，而不必引用特定的實例。在成員的聲明前面加上關鍵字static(靜態的)就能創建這樣的成員。如果一個成員被聲明為static，它就能夠 在它的類的任何對象創建之前被訪問，而不必引用任何對象。你可以將方法和變量都聲明為static。static 成員的最常見的例子是main( ) 。因為在程序開始執行時必須調用main() ，所以它被聲明為static。
　　聲明為static的變量稱為靜態變量或類變量。可以直接通過類名引用靜態變量，也可以通過實例名來引用靜態變量，但最好采用前者，因為后者容易混淆靜態變量和一般變量。靜態變量是跟類相關聯的，類的所有實例共同擁有一個靜態變量。
　　聲明為static的方法稱為靜態方法或類方法。靜態方法可以直接調用靜態方法，訪問靜態變量，但是不能直接訪問實例變量和實例方法。靜態方法中不能使用this關鍵字，因為靜態方法不屬於任何一個實例。靜態方法不能被子類的靜態方法覆蓋。
舉例
　　如果你需要通過計算來初始化你的static變量，你可以聲明一個static塊，Static 塊僅在該類被加載時執行一次。下面的例子顯示的類有一個static方法，一些static變量，以及一個static 初始化塊：　　

[java] view plain copy
  1. // Demonstrate static variables，methods，and blocks.  
  2. 　　class UseStatic {  
  3. 　　static int a = 3;  
  4. 　　static int b;  
  5. 　　static void meth(int x) {  
  6. 　　System.out.println("x = " + x);  
  7. 　　System.out.println("a = " + a);  
  8. 　　System.out.println("b = " + b);  
  9. 　　}  
  10. 　　static {  
  11. 　　System.out.println("Static block initialized.");  
  12. 　　b = a * 4;  
  13. 　　}  
  14. 　　public static void main(String args[]) {  
  15. 　　meth(42);  
  16. 　　}  
  17. 　　}  

　 　一旦UseStatic 類被裝載，所有的static語句被運行。首先，a被設置為3，接着static 塊執行(打印一條消息)，最后，b被初始化為a*4 或12。然后調用main()，main() 調用meth() ，把值42傳遞給x。3個println ( ) 語句引用兩個static變量a和b，以及局部變量x 。
　　注意：在一個static 方法中引用任何實例變量都是非法的。
　　下面是該程序的輸出：
　　Static block initialized.
　　x = 42
　　a = 3

　　b = 12

 

1.要使用靜態數據成員必須在main()程序運行之前分配空間和初始化。使用靜態成員函數，可以再實際創建任何對象之前初始化專有的靜態數據成員。靜態成員不與類的任何特定對象相關聯。
2.靜態的static一詞與靜態存儲類的static是兩個概念，一個論及類，一個論及內存空間的位置以及作用域限定。所以要區分靜態對象和靜態成員。

 


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