static用法总结

雨点打透心脏的1/2处 2022-08-26 15:16 157阅读 0赞

static关键字是C, C++中都存在的关键字, 它主要有三种使用方式, 其中前两种只指在C语言中使用, 第三种在C++中使用(C,C++中具体细微操作不尽相同, 本文以C++为准).  
(1)局部静态变量  
(2)外部静态变量/函数  
(3)静态数据成员/成员函数

下面就这三种使用方式及注意事项分别说明

一、局部静态变量  
在C/C++中, 局部变量按照存储形式可分为三种auto, static, register(<C语言程序设计(第二版)>谭浩强, 第174-175页)

与auto类型(普通)局部变量相比, static局部变量有三点不同  
1. 存储空间分配不同  
auto类型分配在栈上, 属于动态存储类别, 占动态存储区空间, 函数调用结束后自动释放, 而static分配在静态存储区, 在程序整个运行期间都不释放. 两者之间的作用域相同, 但生存期不同.  
2. static局部变量在所处模块在初次运行时进行初始化工作, 且只操作一次  
3. 对于局部静态变量, 如果不赋初值, 编译期会自动赋初值0或空字符, 而auto类型的初值是不确定的. (对于C++中的class对象例外, class的对象实例如果不初始化, 则会自动调用默认构造函数, 不管是否是static类型)

**特点: static局部变量的”记忆性”与生存期的”全局性”**

所谓”记忆性”是指在两次函数调用时, 在第二次调用进入时, 能保持第一次调用退出时的值.

应用:利用”记忆性”, 记录函数调用的次数(示例程序一)  
示例程序一  
\#include <iostream>

using namespace std;

void staticLocalVar()  
\{  
static int a = 0; // 运行期时初始化一次, 下次再调用时, 不进行初始化工作  
cout<<"a="<<a<<endl;  
\++a;  
\}

int main()  
\{  
staticLocalVar(); // 第一次调用, 输出a=0  
staticLocalVar(); // 第二次调用, 记忆了第一次退出时的值, 输出a=1  
return 0;  
\}

利用生存期的”全局性”, 改善”return a pointer / reference to a local object”的问题. Local object的问题在于退出函数, 生存期即结束,. 利用static的作用, 延长变量的生存期.  
示例程序二:  
// IP address to string format  
// Used in Ethernet Frame and IP Header analysis  
const char \* IpToStr(UINT32 IpAddr)  
\{  
static char strBuff\[16\]; // static局部变量, 用于返回地址有效  
const unsigned char \*pChIP = (const unsigned char \*)&IpAddr;  
sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u", pChIP\[0\], pChIP\[1\], pChIP\[2\], pChIP\[3\]);  
return strBuff;  
\}

**注意事项:**  
1. “记忆性”, 程序运行很重要的一点就是可重复性, 而static变量的”记忆性”破坏了这种可重复性, 造成不同时刻至运行的结果可能不同.  
2. “生存期”全局性和唯一性. 普通的local变量的存储空间分配在stack上, 因此每次调用函数时, 分配的空间都可能不一样, 而static具有全局唯一性的特点, 每次调用时, 都指向同一块内存, 这就造成一个很重要的问题 ---- 不可重入性!!!  
这样在多线程程序设计或递归程序设计中, 要特别注意这个问题.  
(不可重入性的例子可以参见<effective C++ (2nd)>(影印版)第103-105页)  
下面针对示例程序二, 分析在多线程情况下的不安全性.(为方便描述, 标上行号)  
① const char \* IpToStr(UINT32 IpAddr)  
② \{  
③ static char strBuff\[16\]; // static局部变量, 用于返回地址有效  
④ const unsigned char \*pChIP = (const unsigned char \*)&IpAddr;  
⑤ sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u", pChIP\[0\], pChIP\[1\], pChIP\[2\], pChIP\[3\]);  
⑥ return strBuff;  
⑦ \}  
假设现在有两个线程A,B运行期间都需要调用IpToStr()函数, 将32位的IP地址转换成点分10进制的字符串形式. 现A先获得执行机会, 执行IpToStr(), 传入的参数是0x0B090A0A, 顺序执行完应该返回的指针存储区内容是:”10.10.9.11”, 现执行到⑥时, 失去执行权, 调度到B线程执行, B线程传入的参数是0xA8A8A8C0, 执行至⑦, 静态存储区的内容是192.168.168.168. 当再调度到A执行时, 从⑥继续执行, 由于strBuff的全局唯一性, 内容已经被B线程冲掉, 此时返回的将是192.168.168.168字符串, 不再是10.10.9.11字符串.

二、外部静态变量／函数  
在C中static有了第二种含义：用来表示不能被其它文件访问的全局变量和函数。, 但为了限制全局变量/函数的作用域, 函数或变量前加static使得函数成为静态函数。但此处“static”的含义不是指存储方式，而是指对函数的作用域仅局限于本文件(所以又称内部函数)。注意此时, 对于外部(全局)变量, 不论是否有static限制, 它的存储区域都是在静态存储区, 生存期都是全局的. 此时的static只是起作用域限制作用, 限定作用域在本模块(文件)内部.  
使用内部函数的好处是：不同的人编写不同的函数时，不用担心自己定义的函数，是否会与其它文件中的函数同名。  
示例程序三:  
  
//file1.cpp

static int varA;  
int varB;  
extern void funA()  
\{  
……  
\}

static void funB()  
\{  
……  
\}

//file2.cpp

extern int varB; // 使用file1.cpp中定义的全局变量  
extern int varA; // 错误! varA是static类型, 无法在其他文件中使用  
extern vod funA(); // 使用file1.cpp中定义的函数  
extern void funB(); // 错误! 无法使用file1.cpp文件中static函数

三、静态数据成员／成员函数(C++特有)  
C++重用了这个关键字，并赋予它与前面不同的第三种含义：表示属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数. 这是与普通成员函数的最大区别, 也是其应用所在, 比如在对某一个类的对象进行计数时, 计数生成多少个类的实例, 就可以用到静态数据成员. 在这里面, static既不是限定作用域的, 也不是扩展生存期的作用, 而是指示变量/函数在此类中的唯一性. 这也是”属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数”的含义. 因为它是对整个类来说是唯一的, 因此不可能属于某一个实例对象的. (针对静态数据成员而言, 成员函数不管是否是static, 在内存中只有一个副本, 普通成员函数调用时, 需要传入this指针, static成员函数调用时, 没有this指针. )

注:静态数据成员不能再类中初始化，也不能在类体内被赋值。只能在类体外进行初始化。默认从0开始！

请看示例程序四(<effective c++ (2nd)>(影印版)第59页)  
class EnemyTarget \{  
public:  
EnemyTarget() \{ ++numTargets; \}  
EnemyTarget(const EnemyTarget&) \{ ++numTargets; \}  
~EnemyTarget() \{ --numTargets; \}  
static size\_t numberOfTargets() \{ return numTargets; \}  
bool destroy(); // returns success of attempt to destroy EnemyTarget object  
private:  
static size\_t numTargets; // object counter  
\};  
// class statics must be defined outside the class;  
// initialization is to 0 by default  
size\_t EnemyTarget::numTargets;

在这个例子中, 静态数据成员numTargets就是用来计数产生的对象个数的.  
另外, 在设计类的多线程操作时, 由于POSIX库下的线程函数pthread\_create()要求是全局的, 普通成员函数无法直接做为线程函数, 可以考虑用Static成员函数做线程函数.