C++ 的 static 关键字

原文链接：http://www.vckbase.com/index.php/wv/1426

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。
一、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：

01.

//Example
1

02.

#include
<iostream.h>

03.

void

fn();

04.

static

int

n;

//定义静态全局变量

05.

void

main()

06.

{

07.

n=20;

08.

cout<<n<<endl;

09.

fn();

10.

}

11.

12.

void

fn()

13.

{

14.

n++;

15.

cout<<n<<endl;

16.

}

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

全局数据区

堆区

栈区

一般程序的由new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

1.

static

int

n;

//定义静态全局变量

改为

1.

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：

01.

//Example
2

02.

//File1

03.

#include
<iostream.h>

04.

void

fn();

05.

static

int

n;

//定义静态全局变量

06.

void

main()

07.

{

08.

n=20;

09.

cout<<n<<endl;

10.

fn();

11.

}

12.

13.

//File2

14.

#include
<iostream.h>

15.

extern

int

n;

16.

void

fn()

17.

{

18.

n++;

19.

cout<<n<<endl;

20.

}

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

1.

static

int

n;

//定义静态全局变量

改为

1.

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。
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：

01.

//Example
3

02.

#include
<iostream.h>

03.

void

fn();

04.

void

main()

05.

{

06.

fn();

07.

fn();

08.

fn();

09.

}

10.

void

fn()

11.

{

12.

static

n=10;

13.

cout<<n<<endl;

14.

n++;

15.

}

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：

01.

//Example
4

02.

#include
<iostream.h>

03.

static

void

fn();

//声明静态函数

04.

void

main()

05.

{

06.

fn();

07.

}

08.

void

fn()

//定义静态函数

09.

{

10.

int

n=10;

11.

cout<<n<<endl;

12.

}

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；
二、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。

01.

//Example
5

02.

#include
<iostream.h>

03.

class

Myclass

04.

{

05.

public

:

06.

Myclass(

int

a,

int

b,

int

c);

07.

void

GetSum();

08.

private

:

09.

int

a,b,c;

10.

static

int

Sum;

//声明静态数据成员

11.

};

12.

int

Myclass::Sum=0;

//定义并初始化静态数据成员

13.

14.

Myclass::Myclass(

int

a,

int

b,

int

c)

15.

{

16.

this

->a=a;

17.

this

->b=b;

18.

this

->c=c;

19.

Sum+=a+b+c;

20.

}

21.

22.

void

Myclass::GetSum()

23.

{

24.

cout<<

"Sum="

<<Sum<<endl;

25.

}

26.

27.

void

main()

28.

{

29.

Myclass
M(1,2,3);

30.

M.GetSum();

31.

Myclass
N(4,5,6);

32.

N.GetSum();

33.

M.GetSum();

34.

35.

}

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：
1.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；
2.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。

01.

//Example
6

02.

#include
<iostream.h>

03.

class

Myclass

04.

{

05.

public

:

06.

Myclass(

int

a,

int

b,

int

c);

07.

static

void

GetSum();/声明静态成员函数

08.

private

:

09.

int

a,b,c;

10.

static

int

Sum;

//声明静态数据成员

11.

};

12.

int

Myclass::Sum=0;

//定义并初始化静态数据成员

13.

14.

Myclass::Myclass(

int

a,

int

b,

int

c)

15.

{

16.

this

->a=a;

17.

this

->b=b;

18.

this

->c=c;

19.

Sum+=a+b+c;

//非静态成员函数可以访问静态数据成员

20.

}

21.

22.

void

Myclass::GetSum()

//静态成员函数的实现

23.

{

24.

//
cout<<a<<endl; //错误代码，a是非静态数据成员

25.

cout<<

"Sum="

<<Sum<<endl;

26.

}

27.

28.

void

main()

29.

{

30.

Myclass
M(1,2,3);

31.

M.GetSum();

32.

Myclass
N(4,5,6);

33.

N.GetSum();

34.

Myclass::GetSum();

35.

}

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。