首页 > 代码库 > C++ 中的static关键字
C++ 中的static关键字
static顾名思义是静态的意思。在这我要系统地讲述一下有关static关键字的作用，当然主要是讲述它在开发语言C与C++的作用，在其他方面的作用请另找资料。在讲解中肯定有不恰当之处，请大家大胆地扔砖，不要手软，文中的内容引用了不少网上的资料。
static从宏观上讲主要有两种用法，一、是面向过程设计；二是面向对象设计。前主要是涉及变量与函数的用法；后者呢包含前者用法的同时，还有在类中的用法。
一、 面向过程设计中的static（C语言）
在讲面向过程设计中的static用法时先搞点插曲，从历史上讲，C程序一直由下面几部分组成:
正文段
CPU执行的机器指令部分。通常，正文段是可共享的，所以即使是经常环境指针环境表环境字符串执行的程序(如文本编辑程序、C编译程序、s h e l l等)在存储器中也只需有一个副本，另外，正文段常常是只读的，以防止程序由于意外事故而修改其自身的指令。
初始化数据段
通常将此段称为数据段，它包含了程序中需赋初值的变量。初始化 的全局变量和 静态变量存放在这里。例如，C程序中任何函数之外的说明：int maxcount = 99; 使此变量以初值存放在初始化数据段中。
a.初始化的全局变量
b.初始化的静态变量
非初始化数据段
通常将此段称为bss段，这一名称来源于早期汇编程序的一个操作符，意思是“block started by symbol（由符号开始的块）”，未初始化的全局变量 和静态变量存放在这里。在程序开始执行之前，内核将此段初始化为0。函数外的说明：long sum[1000] ; 使此变量存放在非初始化数据段中。
a.未初始化的全局变量
b.未初始化的静态变量
堆
需要由程序员分配释放管理，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。通常在堆中进行动态存储分配。如程序中的malloc, calloc,realloc等函数都从这里面分配。堆是从下向上分配的。
栈
由编译器自动分配释放管 理。局部变量及每次函数调用时返回地址、以及调用者的环境信息（例如某些机器寄存器）都存放在栈中。新被调用的函数在栈上为其自动和临时变量分配存储空间。通过以这种方式使用栈，C函数可以递归调用。递归函数每次调用自身时，就使用一个新的栈帧，因此一个函数调用实例中的变量绝不会影响另一个函数调用实例中的变量。
a.局部变量
b.函数调用时返回地址
c.调用者的环境信息（例如某些机器寄存器）
在这我先把static的内部机制与优势先提到前面来讲述，本来想放到面向对象设计中来讲，但是它的重要性改变了初衷：
static的内部机制：
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。
static的优势：
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。
static局部变量
静态局部变量属于静态存储方式，它具有以下特点：
(1)静态局部变量 在函数内定义它的生存期为 整个程序生命周期，但是其 作用域仍与 自动变量相同 ，只能在定义该变量的函数内使用该变量。退出该函数后，尽管该变量还继续存在，但不能使用它。
(2)对基本类型的静态局部变量若在声明时未赋以初值，则系统自动赋予0值 。而对自动变量不赋初值，则其值是不定的。
根据静态局部变量的特点，可以看出它是一种生存期为整个程序生命周期。虽然离开定义它的函数后不能使用，但如再次调用定义它的函数时，它又可继续使用，而且保存了前次被调用后留下的值。因此，当多次调用一个函数且要求在调用之间保留某些变量的值时，可考虑采用静态局部变量。虽然用全局变量也可以达到上述目的，但全局变量有时会造成意外的副作用，因此仍以采用局部静态变量为宜。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void Test()
{
static int tmpValue = http://www.mamicode.com/0;>全局变量
全局变量(外部变量)的说明之前再冠以static 就构成了静态的全局变量。全局变量本身就是静态存储方式，静态全局变量当然也是静态存储方式。 这两者在存储方式上并无不同。
这两者的区别在于：
(1). 非静态全局变量 的作用域是整个源程序 ，当一个源程序由多个源文件组成时，非静态的全局变量在各个源文件中都是有效的。
(2). 而静态全局变量 则限制了其作用域，即只在定义该变量的源文件内有效，在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由于静态全局变量的作用域局限于 一个源文件内 ，只能为该源文件内的函数公用， 因此可以避免在其它源文件中引起错误。
从以上分析可以看出，把全局变量改变为静态变量后是改变了它的作用域，限制了它的使用范围 。
static 函数
如果在一个源文件中定义的函数，只能被本文件中的函数调用，而不能被同一程序其它文件中的函数调用，这种函数称为static函数与称为静态函数。
定义一个static函数，只需在函数类型前再加一个“static”关键字即可，如下所示：
static 函数类型 函数名(函数参数表) {……}
关键字“static”，译成中文就是“静态的”，所以内部函数又称静态函数。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 。
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，因为同名也没有关系。
二、面向对象设计中的static（C++语言）
static 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。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
class Test
{
public:
Test() {}
~Test() {}
Test(const Test& t)
{
if(*this != t)
{
this->m_nTest1 = t.m_nTest1;
this->m_nTest2 = t.m_nTest2;
this->m_nTest3 = t.m_nTest3;
}
}
Test& operator=(const Test& t)
{
if(*this != t)
{
this->m_nTest1 = t.m_nTest1;
this->m_nTest2 = t.m_nTest2;
this->m_nTest3 = t.m_nTest3;
}
return *this;
}
void PrintOut()
{
//printf("test_1 = %d test_2 = %d test_3 = %d\n",m_nSTest1, m_nSTest2, m_nSTest3);//错误
printf("test_1 = %d test_2 = %d test_3 = %d\n",m_nTest1, m_nTest2, m_nTest3);
}
static void PrintStatic()
{
printf("test_1 = %d test_2 = %d test_3 = %d\n",m_nSTest1, m_nSTest2, m_nSTest3);
//printf("test_1 = %d test_2 = %d test_3 = %d\n",m_nTest1, m_nTest2, m_nTest3);//错误
}
public:
int m_nTest1;
static int m_nSTest1;
protect:
int m_nTest2;
static int m_nSTest2;
private:
int m_nTest3;
static int m_nSTest3;
};
int Test::m_nSTest1 = 10;
int Test::m_nSTest2 = 20;
int Test::m_nSTest3 = 30;
int Test::m_nSTest1 = 10;
int main()
{
Test t;
t.PrintOut();
//t.PrintStatic();//错误
Test::PrintStatic();
getchar();
return 0;
}
static数据成员有以下特点：
(1). 对于非static数据成员，每个类对象都有自己的拷贝。而static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。
(2). 静态数据成员存储在全局数据区。静态数据成员定义时才分配空间，所以不能在类声明中定义。在上例中，语句int Test::m_nSTest1= 10;是定义静态数据成员；
(3). 静态数据成员和普通数据成员一样遵从public,protected,private访问规则；
(4). 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；
(5). 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＞ 如：int Test::m_nSTest1 = 10;
(6). 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＞
(7). 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；
(8). 同全局变量相比，使用静态数据成员有两个优势：
a. 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；
b. 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；
static成员函数
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
class Test
{
public:
Test() {}
~Test() {}
Test(const Test& t)
{
if(*this != t)
{
this->m_nTest1 = t.m_nTest1;
this->m_nTest2 = t.m_nTest2;
this->m_nTest3 = t.m_nTest3;
}
}
Test& operator=(const Test& t)
{
if(*this != t)
{
this->m_nTest1 = t.m_nTest1;
this->m_nTest2 = t.m_nTest2;
this->m_nTest3 = t.m_nTest3;
}
return *this;
}
void PrintOut()
{
//printf("test_1 = %d test_2 = %d test_3 = %d\n",m_nSTest1, m_nSTest2, m_nSTest3);//错误
printf("test_1 = %d test_2 = %d test_3 = %d\n",m_nTest1, m_nTest2, m_nTest3);
}
static void PrintStatic()
{
printf("test_1 = %d test_2 = %d test_3 = %d\n",m_nSTest1, m_nSTest2, m_nSTest3);
//printf("test_1 = %d test_2 = %d test_3 = %d\n",m_nTest1, m_nTest2, m_nTest3);//错误
}
public:
int m_nTest1;
static int m_nSTest1;
protect:
int m_nTest2;
static int m_nSTest2;
private:
int m_nTest3;
static int m_nSTest3;
};
int Test::m_nSTest1 = 10;
int Test::m_nSTest2 = 20;
int Test::m_nSTest3 = 30;
int Test::m_nSTest1 = 10;
int main()
{
Test t;
t.PrintOut();
//t.PrintStatic();//错误
Test::PrintStatic();
getchar();
return 0;
}
static 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。普通的成员函数一般都隐含了一个this指针，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no-static数据成员，也无法访问no-static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). static成员之间可以相互访问 ，包括static成员函数访问static数据成员和访问static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，只能访问静态的；
(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＞）
如：Test::PrintStatic()，调用类的静态成员函数。
但是，一样要遵从public,protected,private访问规则。
附 public,protected,private访问规则
第一：private, public, protected访问标号的访问范围。
private：只能由1.该类中的函数、2.其友元函数访问。
不能被任何其他访问，该类的对象也不能访问。
protected：可以被1.该类中的函数、2.子类的函数、以及3.其友元函数访问。
但不能被该类的对象访问。
public：可以被1.该类中的函数、2.子类的函数、3.其友元函数访问，也可以由4.该类的对象访问。
注：友元函数包括3种：设为友元的普通的非成员函数；设为友元的其他类的成员函数；设为友元类中的所有成员函数。
第二：类的继承后方法属性变化。
private属性不能够被继承。
使用private继承，父类的protected和public属性在子类中变为private；
使用protected继承，父类的protected和public属性在子类中变为protected；
使用public继承，父类中的protected和public属性不发生改变;
如下所示：
public: protected: private:
public继承 public protected 不可用
protected继承 protected protected 不可用
private继承 private private 不可用
protected继承和private继承能降低访问权限。
为了进一步理解三种不同的继续方式在其成员的可见性方面的区别，下面从三种不同角度进行讨论。
对于公有继续方式：
(1) 基类成员对其对象的可见性：
公有成员可见，其他不可见。这里保护成员同于私有成员。
(2) 基类成员对派生类的可见性：
公有成员和保护成员可见，而私有成员不可见。这里保护成员同于公有成员。
(3) 基类成员对派生类对象的可见性：
公有成员可见，其他成员不可见。
所以，在公有继续时，派生类的对象可以访问基类中的公有成员；派生类的成员函数可以访问基类中的公有成员和保护成员。这里，一定要区分清楚派生类的对象和派生类中的成员函数对基类的访问是不同的。
对于私有继续方式：
(1) 基类成员对其对象的可见性：
公有成员可见，其他成员不可见。
(2) 基类成员对派生类的可见性：
公有成员和保护成员是可见的，而私有成员是不可见的。
(3) 基类成员对派生类对象的可见性：
所有成员都是不可见的。
所以，在私有继续时，基类的成员只能由直接派生类访问，而无法再往下继续。
对于保护继续方式：
这种继续方式与私有继续方式的情况相同。两者的区别仅在于对派生类的成员而言，对基类成员有不同的可见性。
上述所说的可见性也就是可访问性。关于可访问性还有另的一种说法。这种规则中，称派生类的对象对基类访问为水平访问，称派生类的派生类对基类的访问为垂直访问。
一般规则如下：
公有继续时，水平访问和垂直访问对基类中的公有成员不受限制；
私有继续时，水平访问和垂直访问对基类中的公有成员也不能访问；
保护继续时，对于垂直访问同于公有继续，对于水平访问同于私有继续。
对于基类中的私有成员，只能被基类中的成员函数和友元函数所访问，不能被其他的函数访问。
基类与派生类的关系
任何一个类都可以派生出一个新类，派生类也可以再派生出新类，因此，基类和派生类是相对而言的。
基类与派生类之间的关系可以有如下几种描述：
1. 派生类是基类的具体化
类的层次通常反映了客观世界中某种真实的模型。在这种情况下，不难看出：基类是对若干个派生类的抽象，而派生类是基类的具体化。基类抽取了它的派生类的公共特征，而派生类通过增加行为将抽象类变为某种有用的类型。
2. 派生类是基类定义的延续
先定义一个抽象基类，该基类中有些操作并未实现。然后定义非抽象的派生类，实现抽象基类中定义的操作。例如，虚函数就属此类情况。这时，派生类是抽象的基类的实现，即可看成是基类定义的延续。这也是派生类的一种常用方法。
3. 派生类是基类的组合
在多继续时，一个派生类有多于一个的基类，这时派生类将是所有基类行为的组合。
派生类将其本身与基类区别开来的方法是添加数据成员和成员函数。因此，继续的机制将使得在创建新类时，只需说明新类与已有类的区别，从而大量原有的程序代码都可以复用，所以有人称类是“可复用的软件构件”。
C++ 中的static关键字