C++的static關鍵字
作者：韓耀旭
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。前者應用于普通變量和函數，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：
//Example 1
#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：
- 該變量在全局數據區分配內存；
- 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）；
- 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。對于一個完整的程序，在內存中的分布情況如下圖：
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。自動變量一般會隨著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。全局數據區的數據并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：
//Example 2
//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;
}
編譯并運行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。試著將
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：
//Example 3
#include <iostream.h>
void fn();
void main()
{
fn();
fn();
fn();
}
void fn()
{
static 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。但隨著程序退出函數體，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，變量已經不再屬于函數本身了，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：
//Example 4
#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。
//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;//聲明靜態數據成員
};
int Myclass::Sum=0;//定義并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();
}
可以看出，靜態數據成員有以下特點：
- 對于非靜態數據成員，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，屬于本類的所有對象共享，所以，它不屬于特定的類對象，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。比如對于一個存款類，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，屬于類定義的一部分。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于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，靜態成員函數由于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，它無法訪問屬于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;//定義并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();
}
關于靜態成員函數，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；
- 由于沒有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。