C++中的static用法

简介

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。

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:

//Example 1

#include <iostream.h>

void fn();

static int n; //定义静态全局变量

void main()

{ n=20;

cout<<n<<endl;

fn();

}

void fn()

{

n++;

cout<<n<<endl;

}

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 //low address

全局数据区

堆区

栈区 //high address

一般程序把新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

static int n; //定义静态全局变量

改为

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:

//Example 2//File1

#include <iostream.h>

void fn();

static int n; //定义静态全局变量

void main()

{ n=20;

cout<<n<<endl;

fn();

}

//File2

#include <iostream.h>

extern int n;

void fn()

{ n++;

cout<<n<<endl;

}

编译并运行Example 2,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

static int n; //定义静态全局变量

改为

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。

注意:全局变量和全局静态变量的区别

1)全局变量是不显式用static修饰的全局变量,但全局变量默认是静态的,作用域是整个工程,在一个文件内定义的全局变量,在另一个文件中,通过extern 全局变量名的声明,就可以使用全局变量。

2)全局静态变量是显式用static修饰的全局变量,作用域是所在的文件,其他的文件即使用extern声明也不能使用。

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:

//Example 3

#include <iostream.h>

void fn();

void main()

{ fn();

fn();

fn();

}

void fn()

{ static int n=10;

cout<<n<<endl;

n++;

}

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:

该变量在全局数据区分配内存;

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;

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;

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:

//Example 4

#include <iostream.h>

static void fn();//声明静态函数

void main()

{

fn();

}

void fn()//定义静态函数

{ int n=10;

cout<<n<<endl;

}

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;

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。

//Example 5

#include <iostream.h>

class Myclass

{

public:

Myclass(int a,int b,int c);

void GetSum();

private:

int a,b,c;

static int Sum;//声明静态数据成员

};

int Myclass::Sum=0;//定义并初始化静态数据成员

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();}

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:

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;

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。

//Example 6

#include <iostream.h>

class Myclass

{public:

Myclass(int a,int b,int c);

static void GetSum();/声明静态成员函数

private:

int a,b,c;

static int Sum;//声明静态数据成员

};

int Myclass::Sum=0;//定义并初始化静态数据成员

Myclass::Myclass(int a,int b,int c)

{ this->a=a;

this->b=b;

this->c=c;

Sum+=a+b+c; //非静态成员函数可以访问静态数据成员

}

void Myclass::GetSum() //静态成员函数的实现

{// cout<<a<<endl; //错误代码,a是非静态数据成员

cout<<“Sum=”<<Sum<<endl;

}

void main()

{ Myclass M(1,2,3);

M.GetSum();

Myclass N(4,5,6);

N.GetSum();

Myclass::GetSum();

}

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。

作用

static静态变量声明符。 在声明它的程序块,子程序块或函数内部有效,值保持,在整个程序期间分配存储器空间,编译器默认值0。

是C++中很常用的修饰符,它被用来控制变量的存储方式和可见性。

为什么要引入static

函数内部定义的变量,在程序执行到它的定义处时,编译器为它在栈上分配空间,大家知道,函数在栈上分配的空间在此函数执行结束时会释放掉,这样就产生了一个问题: 如果想将函数中此变量的值保存至下一次调用时,如何实现? 最容易想到的方法是定义一个全局的变量,但定义为一个全局变量有许多缺点,最明显的缺点是破坏了此变量的访问范围(使得在此函数中定义的变量,不仅仅受此函数控制)。

什么时候用static

需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务,同时又力求不破坏类的封装性,即要求此成员隐藏在类的内部,对外不可见。

static的内部机制

静态数据成员要在程序一开始运行时就必须存在。因为函数在程序运行中被调用,所以静态数据成员不能在任何函数内分配空间和初始化。

这样,它的空间分配有三个可能的地方,一是作为类的外部接口的头文件,那里有类声明;二是类定义的内部实现,那里有类的成员函数定义;三是应用程序的main()函数前的全局数据声明和定义处。

静态数据成员要实际地分配空间,故不能在类的声明中定义(只能声明数据成员)。类声明只声明一个类的“尺寸和规格”,并不进行实际的内存分配,所以在类声明中写成定义是错误的。它也不能在头文件中类声明的外部定义,因为那会造成在多个使用该类的源文件中,对其重复定义。

static被引入以告知编译器,将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空间,静态

数据成员按定义出现的先后顺序依次初始化,注意静态成员嵌套时,要保证所嵌套的成员已经初始化了。消除时的顺序是初始化的反顺序。

static的优势

可以节省内存,因为它是所有对象所公有的,因此,对多个对象来说,静态数据成员只存储一处,供所有对象共用。静态数据成员的值对每个对象都是一样,但它的值是可以更新的。只要对静态数据成员的值更新一次,保证所有对象存取更新后的相同的值,这样可以提高时间效率。

应用格式

引用静态数据成员时,采用如下格式:

<类名>::<静态成员名>

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。

注意事项

(1)类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象,所以它没有this指针,这就导致了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。

(2)不能将静态成员函数定义为虚函数。

(3)由于静态成员声明于类中,操作于其外,所以对其取地址操作,就多少有些特殊,变量地址是指向其数据类型的指针 ,函数地址类型是一个“nonmember函数指针”。

(4)由于静态成员函数没有this指针,所以就差不多等同于nonmember函数,结果就产生了一个意想不到的好处:成为一个callback函数,使得我们得以将C++和C-based X Window系统结合,同时也成功的应用于线程函数身上。

(5)static并没有增加程序的时空开销,相反她还缩短了子类对父类静态成员的访问时间,节省了子类的内存空间。

(6)静态数据成员在<定义或说明>时前面加关键字static。

(7)静态数据成员是静态存储的,所以必须对它进行初始化。

(8)静态成员初始化与一般数据成员初始化不同:

初始化在类体外进行,而前面不加static,以免与一般静态变量或对象相混淆;

初始化时不加该成员的访问权限控制符private,public等;

初始化时使用作用域运算符来标明它所属类;

所以我们得出静态数据成员初始化的格式:

<数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>

(9)为了防止父类的影响,可以在子类定义一个与父类相同的静态变量,以屏蔽父类的影响。这里有一点需要注意:我们说静态成员为父类和子类共享,但我们有重复定义了静态成员,这会不会引起错误呢?不会,我们的编译器采用了一种绝妙的手法:name-mangling 用以生成唯一的标志。在各通信公司的笔试面试中经常出现的考题就是static的作用及功能。



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