【ChernoC++笔记】静态

类和结构体外的静态#

【21】C++中的静态(static)

▶️有两种静态:

  • 类或结构体外的static:声明为static的符号只在该翻译单元内可见;
  • 类或结构体内的static:声明为static的变量将与类的所有实例共享内存(所有类实例共用一个static变量)。

▶️类外的static

  • 静态变量/函数意味着,当需要将这些变量/函数与实际定义的符号链接时,链接器只在该翻译单元的作用域内寻找该符号的定义。static声明会使变量成为该翻译单元“私有”的内容。

    例1:正常编译并打印出”10”

    // static.cpp
    static int value = 5;
    
    // main.cpp
    # include <iostream>
    int value = 10;
    int main() {
    	std::cout << value << std::endl; 
    }

    例2:去掉static关键字后,产生链接错误:已在static.cpp中定义过value。

    // static.cpp
    int value = 5;
    
    // main.cpp
    # include <iostream>
    int value = 10;
    int main() {
    	std::cout << value << std::endl; 
    }

    例3:使用extern关键字,使编译器在外部翻译单元寻找value,打印出”5”。

    // static.cpp
    int value = 5;
    
    // main.cpp
    # include <iostream>
    extern int value = 10;
    int main() {
    	std::cout << value << std::endl; 
    }

    例4:同时声明extern和static,链接器在main外寻找value,但static.cpp中的value是”私有”的,链接器找不到可用的value。

    // static.cpp
    static int value = 5;
    
    // main.cpp
    # include <iostream>
    extern int value = 10;
    int main() {
    	std::cout << value << std::endl; 
    }

❓为什么要使用static?

  • 如果不声明static,那么链接器将跨翻译单元进行链接,相当于创建了一个全局变量,可能会引起很多错误。
  • 尽量使用static,除非真的需要跨翻译单元链接。

类和结构体中的静态#

【22】【Cherno C++】【中字】C++类和结构体中的静态(static)】

▶️类内的静态变量:即使创建了许多实例,静态的变量实际上只存在一个,此时的类中的静态变量其实相当于namespace中的变量,通过类实例来引用静态变量是没有意义的(即e.x)。

例1:为一个结构体创建两个实例:

struct Entity {
	int x, y;
	void Print() {
		std::cout << x << ", " << y << std::endl;
	}
};

int main() {
	Entity e;
	e.x = 2;
	e.y = 3;
	
	Entity e1 = {5, 8} // 聚合类型的初始化方法
	e.Print();  // 2, 3
	e1.Print(); // 5, 8
}

例2:如果改成static int x, y;

struct Entity {
	static int x, y;
	void Print() {
		std::cout << x << ", " << y << std::endl;
	}
};

int main() {
	Entity e;
	e.x = 2;
	e.y = 3;
	
	Entity e1 = {5, 8} // 无法初始化e1.x/y,因为x和y不再是类成员
	e.Print();
	e1.Print();
}

例3:更改初始化方法,报链接错误,说明无法用类实例来引用静态变量。

struct Entity {
	static int x, y;
	void Print() {
		std::cout << x << ", " << y << std::endl;
	}
};

int main() {
	// error: unresolved external symbols
	// g++:undefined reference to `Entity::y'	
	Entity e;
	e.x = 2;
	e.y = 3;
	
	Entity e1;
	e1.x = 5;
	e1.y = 8;
	e.Print();
	e1.Print();
}

例4:必须用int Entity::x来声明静态变量,不管用e还是e1来引用xy,实际改变的是同一个xy。

struct Entity {
	static int x, y;
	void Print() {
		std::cout << x << ", " << y << std::endl;
	}
};

int Entity::x;
int Entity::y;

int main() {
	Entity e;
	e.x = 2;
	e.y = 3;
	
	Entity e1;
	e1.x = 5;
	e1.y = 8;
	e.Print();  // 5, 8
	e1.Print(); // 5, 8
}
  • 当x,y为静态变量时,这两个变量在Entity类的所有实例中只有一个实例:也就是说,改变实例e1的x和y时,实际也改变了实例e的x和y,所有实例的静态变量指向同一个内存。
  • e.x = 5;e1.x = 5;其实都等价于Entity::x = 5;

❓为什么要使用类内static?

  • 在所有Entity实例之间共享数据。

▶️静态函数无法访问非静态的变量,静态函数没有类实例,没有this指针,它不知道要访问哪个Entity实例的x、y。

局部静态#

【23】【Cherno C++】【中字】C++中的局部静态(Local Static)

▶️变量的生存期:在变量被删除之前,会在内存中存在多久。

▶️变量的作用域:在哪里可以访问到该变量。例如,在函数内部中声明的变量,其他函数无法访问。

▶️静态局部(local static)变量的生存期基本相当于整个程序的生存期,但只能在作用域内使用。

相当于:限制作用域的全局变量。

void Function() {
	static int i = 0; // 只在第一次进入时初始化为0
	i++;
	std::cout << i << std::endl;
}

int main() {
	Function(); // i=1
	Function(); // i=2
}

每次调用函数遇到局部静态都要检查之前是否已经初始化了,一般第一次调用的时候初始化static local的变量。

❓局部变量和静态局部变量的区别?

1. 存储位置不同

静态局部变量存放在内存的静态存储区。

局部变量存放在栈区或者工作寄存器。

2.生命周期不同

局部变量在定义它的函数内有效,但是函数返回后失效。

静态局部变量只在定义它的函数内有效,并且程序仅分配一次内存,函数返回后,该变量不会消失。此后每次调用函数,都会使用内存中最新的值操作。

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