C++中的static及内存分配

题记：

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。

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      ；

注：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

 

 

 

 

 

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。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。

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。

    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：
    （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首次初始化，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；

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。

静态函数有以下特点：

•  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
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。

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。

关于静态成员函数，可以总结为以下几点：

1. 出现在类体外的函数定义不能指定关键字static；
2. 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；
3. 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；
4. 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；
5. 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；
6. 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。

 

 三、C++中的内存分配方式

        栈，就是那些由编译器在需要的时候分配，在不需要的时候自动清除的变量的存储区。里面的变量通常是局部变量、函数参数等。在一个进程中，位于用户虚拟地址空间顶部的是用户栈，编译器用它来实现函数的调用。和堆一样，用户栈在程序执行期间可以动态地扩展和收缩。

 

　　堆，就是那些由 new 分配的内存块，他们的释放编译器不去管，由我们的应用程序去控制，一般一个 new 就要对应一个 delete。如果程序员没有释放掉，那么在程序结束后，操作系统会自动回收。堆可以动态地扩展和收缩。

 

　　自由存储区，就是那些由 malloc 等分配的内存块，他和堆是十分相似的，不过它是用 free 来结束自己的生命的。

 

　　全局/静态存储区，全局变量和静态变量被分配到同一块内存中，在以前的 C 语言中，全局变量又分为初始化的和未初始化的（初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量与静态变量在相邻的另一块区域，同时未被初始化的对象存储区可以通过 void* 来访问和操纵，程序结束后由系统自行释放），在 C++ 里面没有这个区分了，他们共同占用同一块内存区。

 

　　常量存储区，这是一块比较特殊的存储区，他们里面存放的是常量，不允许修改（当然，你要通过非正当手段也可以修改，而且方法很多）