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1. 什么是static?

static 是 C/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。

1.1 static 的引入

我们知道在函数内部定义的变量,当程序执行到它的定义处时,编译器为它在栈上分配空间,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为全局的变量,但定义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,不仅仅只受此函数控制)。static 关键字则可以很好的解决这个问题。

另外,在 C++ 中,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,对外不可见时,可将其定义为静态数据。

1.2 静态数据的存储

全局(静态)存储区:分为 DATA 段和 BSS 段。DATA 段(全局初始化区)存放初始化的全局变量和静态变量;BSS 段(全局未初始化区)存放未初始化的全局变量和静态变量。程序运行结束时自动释放。其中BBS段在程序执行之前会被系统自动清0,所以未初始化的全局变量和静态变量在程序执行之前已经为0。存储在静态数据区的变量会在程序刚开始运行时就完成初始化,也是的一次初始化。

在 C++ 中 static 的内部实现机制: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。

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。


2. 在 C/C++ 中static的作用

2.1 总的来说

  • (1)在修饰变量的时候,static 修饰的静态局部变量只执行初始化一次,而且延长了局部变量的生命周期,直到程序运行结束以后才释放。
  • (2)static 修饰全局变量的时候,这个全局变量只能在本文件中访问,不能在其它文件中访问,即便是 extern 外部声明也不可以。
  • (3)static 修饰一个函数,则这个函数的只能在本文件中调用,不能被其他文件调用。static 修饰的变量存放在全局数据区的静态变量区,包括全局静态变量和局部静态变量,都在全局数据区分配内存。初始化的时候自动初始化为 0。
  • (4)不想被释放的时候,可以使用static修饰。比如修饰函数中存放在栈空间的数组。如果不想让这个数组在函数调用结束释放可以使用 static 修饰。
  • (5)考虑到数据安全性(当程序想要使用全局变量的时候应该先考虑使用 static)。

2.2 静态变量与普通变量

静态全局变量有以下特点:

  • (1)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;
  • (2)未经初始化的静态全局变量会被程序自动初始化为0(在函数体内声明的自动变量的值是随机的,除非它被显式初始化,而在函数体外被声明的自动变量也会被初始化为 0);
  • (3)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。

优点: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。

(1)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,全局变量默认是有外部链接性的,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,作用域是声明此变量所在的文件,其他的文件即使用 extern 声明也不能使用。

2.3 静态局部变量有以下特点:

  • (1)该变量在全局数据区分配内存;
  • (2)静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被初始化,即以后的函数调用不再进行初始化;
  • (3)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;
  • (4)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。

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。

看下面的例子:

实例

//example: #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int k1 = 1; int k2; static int k3 = 2; static int k4; int main() { static int m1 = 2, m2; int i = 1; char*p; char str[10] = "hello"; char*q = "hello"; p = (char *)malloc(100); free(p); printf("栈区-变量地址 i:%p\n", &i); printf("栈区-变量地址 p:%p\n", &p); printf("栈区-变量地址 str:%p\n", str); printf("栈区-变量地址 q:%p\n", &q); printf("堆区地址-动态申请:%p\n", p); printf("全局外部有初值 k1:%p\n", &k1); printf(" 外部无初值 k2:%p\n", &k2); printf("静态外部有初值 k3:%p\n", &k3); printf(" 外静无初值 k4:%p\n", &k4); printf(" 内静态有初值 m1:%p\n", &m1); printf(" 内静态无初值 m2:%p\n", &m2); printf(" 文字常量地址:%p, %s\n", q, q); printf(" 程序区地址:%p\n", &main); return 0; }
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