C++中static的作用

C++的static有兩種用法：面向過程程序設計中的static和面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；后者主要說明static在類中的作用。 

  一、面向過程設計中的static 

  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：   

• #include <iostream.h>  
• void fn(); 
• static int n; //定義靜態全局變量   
• void main()  
• {
• 　　n=20; 
• 　　cout<<n<<endl;   
• 　　fn();  
• } 
• void fn()  
• { 
• 　　n++; 
• 　　cout<<n<<endl;  
• } 

  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（自動變量的值是隨機的，除非它被顯式初始化）； 

  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；   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

 

  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

 上述代碼中將   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： 

• //File1  
• #include <iostream.h>  
• void fn(); 
• static int n; //定義靜態全局變量  
• void main() 
• {
• 　　 n=20; 
•   　  cout<<n<<endl;  
• 　　fn();  
• } 
•   //File2 
•   #include <iostream.h>  
•  extern int n;  
•  void fn()  
• { 　　
• 　　n++; 
• 　　cout<<n<<endl;  
• } 

  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。   

 

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：   

•   #include <iostream.h>
•   void fn();
•   void main()
•   {
• 　　fn();
• 　　fn();
• 　　fn();
•   } 
• void fn()  
• {
• 　　static int n=10;  
• 　　cout<<n<<endl;  
• 　　n++;  
• } 

  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： 

  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，即以后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；     
 

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：  

•   #include <iostream.h> 
•   static void fn();//聲明靜態函數  
•   void main()
•   {
•   　　fn();
•   } 
•   void fn()//定義靜態函數
•   {
•   　　int n=10; 
•   　　cout<<n<<endl;
•   } 

  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、面向對象的static關鍵字（類中的static關鍵字）   

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。   

• #include <iostream.h>  
• class Myclass  
• { 
•  public: 
• 　　Myclass(int a,int b,int c);  
• 　　void GetSum();  
•  private:
•  　　int a,b,c; 
•  　　static int Sum;//聲明靜態數據成員  
• }; 
• int Myclass::Sum=0;//初始化靜態數據成員  
• Myclass::Myclass(int a,int b,int c)  
• {
• 　　this->a=a;   this->b=b;   this->c=c; 
• 　　Sum+=a+b+c;
• } 
• void Myclass::GetSum() 
• {
• 　　cout<<"Sum="<<Sum<<endl;  
• } 
• void main() 
•  {
• 　　Myclass M(1,2,3);  
• 　　M.GetSum();  
• 　　Myclass N(4,5,6);  
• 　　N.GetSum();  
• 　　M.GetSum();
• } 

運行結果：

　　Sum=6

　　Sum=21

　　Sum=21 

可以看出，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。 

• //Example 6 
• #include <iostream.h>  
• class Myclass
• {
• public: 
•   　　Myclass(int a,int b,int c); 
•   　　static void GetSum();/聲明靜態成員函數  
• private:  
• 　　 int a,b,c; 
•  　　static int Sum;//聲明靜態數據成員  
• }; 
•   int Myclass::Sum=0;//定義並初始化靜態數據成員  
• Myclass::Myclass(int a,int b,int c)  
• {
• 　　 this.a=a;   this.b=b;   this.c=c;
• 　　Sum+=a+b+c; //非靜態成員函數可以訪問靜態數據成員  
• } 
•   void Myclass::GetSum() //靜態成員函數的實現 
•   {
• 　　// cout<<a<<endl; //錯誤代碼，a是非靜態數據成員  
• 　　cout<<"Sum="<<Sum<<endl;  
• } 
• void main() 
• {
• 　　Myclass M(1,2,3);  
• 　　M.GetSum();  
• 　　Myclass N(4,5,6);  
• 　　N.GetSum(); 
• 　　Myclass::GetSum();  
• } 

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。   
=============================================================================================== 
  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。 

2、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，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）。 
3、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。  

4、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。   

5、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。   

6、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。  

 7、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。



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