C/C++中static变量和static函数的用法

静态成员数据和静态成员函数

1.C中静态数据和静态函数的用法

C语言中定义一个静态变量和静态函数主要是为了满足某个文件的需求
比如我们在文件List.c中定义
static int count = 0; //静态变量
static int get_last_node(List *Head);//定义静态函数

二者的作用域都仅仅在文件List.c中。如果main函数在static int get_last_node(List *Head)

之前定义，那么就应该在头文件后面用语句：
static int get_last_node(List *Head);//定义静态函数
进行声明。
如果main定义在static int get_last_node(List *Head)之后则不需要。（建议静态函数都在头

文件后声明）

#include<stadio.h>

static int count = 0; //静态变量
static int get_last_node(List *Head);//定义静态函数

void main()
{   
     List *Head;
     .....
     int ret = get_last_node(Head);
     ......
}

static int get_last_node(List *Head)
{
   .....

   return ret;
}

-----------------------------------------------------------
#include<stadio.h>

static int count = 0; //静态变量

static int get_last_node(List *Head)
{
   .....

   return ret;
}

void main()
{   
     List *Head;
     .....
     int ret = get_last_node(Head);
     ......
}

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2.C++中静态成员数据和静态成员函数的用法

静态成员数据：
在C++中如果某个变量属于类而并非属于某个对象的话，可以将其定义为静态成员数据。因为静态

成员数据不属于任何一个对象，所以他不能在构造函数中进行初始化（否则每定义一个对象就要

初始化一次），所以在类定义的时候就应该初始化。这样会出现另外一个问题，如果在类的定义

中对静态成员数据进行初始化，那么当重复包含类头文件定义的时候，静态变量就会被重复初始

化。解决这个问题可以把类的声明和实现分开到两个文件中。比如类的声明放在list.h中而实现

房子List.cpp中，这也就是平常见到的C++程序的文件模式。

同样静态成员数据也有public和private之分。
声明方法为：static 数据类型 成员变量名
初始化方法为： static 类名::成员变量名 = 值

静态成员函数：
相同与静态成员数据，静态成员函数也是属于某个类而非某个对象
声明方法为： static 返回值类型 函数名（参数列表）
具体实现方法为： 类名::函数名（参数列表） 注意：没有staic 和 返回值类型了

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Class Node{

public:

......

static int Node_Alloc();//声明静态成员函数

private:

......

static int count;

}
//Node.h

.......
static int count = 0; //初始化静态成员数据

Node::Node_Alloc() //注意：没有static关键字
{
....
raturn ret ;

}

//Node.cpp

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C语言和C++在静态变量和静态函数的定义中有很多相似的地方，比如都是在某个特定的作用域内，c是在某个文件，c++是某个类。

（摘自：http://www.itqun.net/content-detail/99263.html）

static关键字是C, C++中都存在的关键字, 它主要有三种使用方式, 其中前两种在C/C++语言中使用,第三种只在C++中使用(C,C++中具体细微操作不尽相同, 本文以C++为准).
(1)局部静态变量
(2)外部静态变量/函数
(3)静态数据成员/成员函数
下面就这三种使用方式及注意事项分别说明

一、局部静态变量
在C/C++中, 局部变量按照存储形式可分为三种auto, static, register
(<C语言程序设计(第二版)>谭浩强, 第174-175页)
与auto类型(普通)局部变量相比, static局部变量有三点不同
1. 存储空间分配不同
auto类型分配在栈上, 属于动态存储类别, 占动态存储区空间, 函数调用结束后自动释放, 而static分配在静态存储区,在程序整个运行期间都不释放. 两者之间的作用域相同, 但生存期不同.
2. static局部变量在所处模块在初次运行时进行初始化工作, 且只操作一次
3. 对于局部静态变量, 如果不赋初值, 编译期会自动赋初值0或空字符, 而auto类型的初值是不确定的.(对于C++中的class对象例外, class的对象实例如果不初始化, 则会自动调用默认构造函数,不管是否是static类型)

特点: static局部变量的”记忆性”与生存期的”全局性”
所谓”记忆性”是指在两次函数调用时, 在第二次调用进入时, 能保持第一次调用退出时的值.
示例程序一
#include <iostream>

using namespace std;

void staticLocalVar()
{
 static int a = 0; // 运行期时初始化一次, 下次再调用时,不进行初始化工作
 cout<<"a="<<a<<endl;
 ++a;
}

int main()
{
 staticLocalVar(); // 第一次调用, 输出a=0
 staticLocalVar(); // 第二次调用, 记忆了第一次退出时的值,输出a=1
 return 0;
}

应用:
 利用”记忆性”, 记录函数调用的次数(示例程序一)
   利用生存期的”全局性”, 改善”return apointer / reference to a local object”的问题. Local object的问题在于退出函数,生存期即结束,. 利用static的作用, 延长变量的生存期.
示例程序二:
// IP address to string format
// Used in Ethernet Frame and IP Header analysis
const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
{
 static char strBuff[16]; // static局部变量,用于返回地址有效
 const unsigned char *pChIP = (const unsigned char*)&IpAddr;
 sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u", pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2], pChIP[3]);
 return strBuff;
}

注意事项:
1. “记忆性”, 程序运行很重要的一点就是可重复性, 而static变量的”记忆性”破坏了这种可重复性,造成不同时刻至运行的结果可能不同.
2. “生存期”全局性和唯一性. 普通的local变量的存储空间分配在stack上, 因此每次调用函数时, 分配的空间都可能不一样,而static具有全局唯一性的特点, 每次调用时, 都指向同一块内存, 这就造成一个很重要的问题 ----不可重入性!!!
这样在多线程程序设计或递归程序设计中, 要特别注意这个问题.
(不可重入性的例子可以参见<effective C++(2nd)>(影印版)第103-105页)
下面针对示例程序二, 分析在多线程情况下的不安全性.(为方便描述, 标上行号)
① const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
② {
③  static char strBuff[16]; // static局部变量,用于返回地址有效
④  const unsigned char *pChIP = (const unsignedchar *)&IpAddr;
⑤  sprintf(strBuff,"%u.%u.%u.%u",  pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2],pChIP[3]);
⑥  return strBuff;
⑦ }
假设现在有两个线程A,B运行期间都需要调用IpToStr()函数, 将32位的IP地址转换成点分10进制的字符串形式.现A先获得执行机会, 执行IpToStr(), 传入的参数是0x0B090A0A,顺序执行完应该返回的指针存储区内容是:”10.10.9.11”, 现执行到⑥时, 失去执行权, 调度到B线程执行,B线程传入的参数是0xA8A8A8C0, 执行至⑦, 静态存储区的内容是192.168.168.168. 当再调度到A执行时,从⑥继续执行, 由于strBuff的全局唯一性, 内容已经被B线程冲掉, 此时返回的将是192.168.168.168字符串,不再是10.10.9.11字符串.

二、外部静态变量／函数
在C中static有了第二种含义：用来表示不能被其它文件访问的全局变量和函数。, 但为了限制全局变量/函数的作用域,函数或变量前加static使得函数成为静态函数。但此处“static”的含义不是指存储方式，而是指对函数的作用域仅局限于本文件(所以又称内部函数)。注意此时,对于外部(全局)变量, 不论是否有static限制, 它的存储区域都是在静态存储区, 生存期都是全局的.此时的static只是起作用域限制作用, 限定作用域在本模块(文件)内部.
使用内部函数的好处是：不同的人编写不同的函数时，不用担心自己定义的函数，是否会与其它文件中的函数同名。
示例程序三:
 
//file1.cpp

static int varA;
int varB;
extern void funA()
{
……
}

static void funB()
{
……
}

//file2.cpp

extern int varB; // 使用file1.cpp中定义的全局变量
extern int varA; // 错误! varA是static类型, 无法在其他文件中使用
extern vod funA(); // 使用file1.cpp中定义的函数
extern void funB(); // 错误! 无法使用file1.cpp文件中static函数

三、静态数据成员／成员函数(C++特有)
C++重用了这个关键字，并赋予它与前面不同的第三种含义：表示属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数.这是与普通成员函数的最大区别, 也是其应用所在, 比如在对某一个类的对象进行计数时, 计数生成多少个类的实例,就可以用到静态数据成员. 在这里面, static既不是限定作用域的, 也不是扩展生存期的作用, 而是指示变量/函数在此类中的唯一性.这也是”属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数”的含义. 因为它是对整个类来说是唯一的, 因此不可能属于某一个实例对象的.(针对静态数据成员而言, 成员函数不管是否是static, 在内存中只有一个副本, 普通成员函数调用时, 需要传入this指针,static成员函数调用时, 没有this指针. )
请看示例程序四(<effective c++(2nd)>(影印版)第59页)
class EnemyTarget {
public:
  EnemyTarget() { ++numTargets; }
  EnemyTarget(const EnemyTarget&){ ++numTargets; }
  ~EnemyTarget() { --numTargets; }
  static size_t numberOfTargets() { returnnumTargets; }
  booldestroy();   // returns successof attempt to destroy EnemyTarget object
private:
  static size_tnumTargets;              // object counter
};
// class statics must be defined outside the class;
// initialization is to 0 by default
size_t EnemyTarget::numTargets;

在这个例子中, 静态数据成员numTargets就是用来计数产生的对象个数的.
另外, 在设计类的多线程操作时, 由于POSIX库下的线程函数pthread_create()要求是全局的,普通成员函数无法直接做为线程函数, 可以考虑用Static成员函数做线程函数.

 

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