• C/C++中的static


    C/C++中的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,不涉及类的问题。

    A. 面向过程程序设计中的static关键字

    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。静态全局变量定义和使用类似:

    #include <iostream>

    using namespace std;

    void fn();

    static int n; //定义静态全局变量

    void main()

    {

    n=20;

    cout<<n<<endl;

    fn();

    }

    void fn()

    {

    n++;

    cout<<n<<endl;

    }

    静态全局变量的特点:

    a. 静态变量(包括静态全局变量和静态局部变量)在全局数据区分配内存;

    b. 静态变量,不管静态局部还是静态全局变量只被初始化一次。

    c. 未经初始化的静态全局变量会被自动初始化为0或空格。(普通变量即自动变量的值是随机的,除非它被显式初始化)

    d. 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,即其它文件中可以定义相同名称的变量,不会发生冲突

    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。静态局部变量定义和使用类似:

    #include <iostream>

    using namespace std;

    void fn();

    void main()

    {

    fn();

    fn();

    fn();

    }

    void fn()

    {

    static n=10; // 定义了静态局部变量,仅初始化一次!

    cout << n <<endl;

    n++;

    }

    输出结果:

    10

    11

    12

    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。

    静态局部变量的特点:

    a. 该变量在全局数据区分配内存;

       b. 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;

       c. 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或空格;

       d. 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,则该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,不能被其他文件使用。下面是声明和使用静态函数的示例程序:

    #include <iostream>

    using namespace std;

    static void fn(); //声明静态函数

    void main()

    {

    fn();

    }

    void fn() //定义静态函数

    {

    int n=10;

    cout<<n<<endl;

    }

    B. 面向对象程序设计中的static关键字

    所有在A中的针对static关键字的说明仍然适用。下面讨论面向对象关于static关键字所特有的特性。

    1) 静态成员变量

    在类内成员变量的声明前加上关键字static,该数据成员就是类内的静态成员变量。先举一个静态成员变量的例子:

    #include <iostream>

    using namespace std;

    class Myclass

    {

    public:

    Myclass(int a,int b,int c);

    void GetSum();

    private:

    int a,b,c;

    static int Sum; // 声明静态成员变量

    };

    int Myclass::Sum = 0; // 定义并初始化静态成员变量。静态成员变量必须在类中声明,类外定

    Myclass::Myclass(int a,int b,int c) // 义,定义时不能再出现static关键字。可以不初始化,即可以改为:

    { // int Myclass::Sum;。这是Sum由于是静态变量而被缺省地初始化为0。

    this->a=a;

    this->b=b;

    this->c=c;

    Sum+ = a+b+c;

    }

    void Myclass::GetSum()

    {

    cout<< "Sum= " << Sum <<endl;

    }

    int main(void)

    {

    Myclass M(1,2,3);

    M.GetSum();

    Myclass N(4,5,6);

    N.GetSum();

    M.GetSum();

    return 0;

    }

    可以看出,静态数据成员有以下特点:

    对于非静态成员变量,每个类对象都有自己的拷贝。而静态成员变量被当作是类的成员。无论这个类的对象被定义了多少个,静态成员变量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,静态成员变量是该类的所有对象所共有的。对该类的多个对象来说,静态成员变量只分配一次内存,供所有对象共用。所以,静态成员变量的值对每个对象都是一样的,它的值可以更新;

      静态成员变量存储在全局数据区。静态成员变量定义时要分配空间,所以不能在类声明中定义。在上面的代码中,语句int Myclass::Sum=0;是定义静态成员变量;

      静态成员变量和普通成员变量一样遵从public,protected,private访问规则;

      因为静态成员变量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;

      静态成员变量初始化与一般成员变量初始化不同。静态成员变量初始化的格式为:

      <数据类型><类名>::<静态成员变量名>=<值>

      类的静态成员变量有两种访问形式:

      <类对象名>.<静态成员变量名> 或<类对象指针>-><静态成员变量名> 或 <类类型名>::<静态成员变量名>

      如果静态成员变量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成员变量;

      静态成员变量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成员变量。这 有两个好处,第一,不管定义多少个存款类对象,利息成员变量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,使用静态成员变量有两个优势:

      静态成员变量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。静态成员变量可以是private成员,而全局变量不能。

    2) 静态成员函数

    与静态成员变量一样,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仅仅为某一个类的具体对象服务。静态成员函数与静态成员变量一样,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成员变量,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。下面举个静态成员函数的例子。

    #include <iostream>

    using namespace std;

    class Myclass

    {

    public:

    Myclass(int, int, int);

    static void getSum(); // 声明静态成员函数

    private:

    int a;

    int b;

    int c;

    static int sum; // 声明静态成员变量

    };

    int Myclass::sum = 0; // 定义并初始化静态成员变量,必须如此!见上例说明。

    Myclass::Myclass(int a, int b, int c)

    {

    this->a = a;

    this->b = b;

    this->c = c;

    sum += (a + b + c); // 非静态成员变量可以访问静态成员变量

    }

    void Myclass::getSum() // 静态成员函数的实现,注意此处不能有static关键字

    {

    // cout << a << endl; // 错误代码,a是非静态数据成员,静态成员函数不能访问

    cout << "Sum = " << sum << endl;

    }

    int main(void)

    {

    Myclass M(1, 2, 3);

    M.getSum(); // 用<对象>.<静态成员函数名称>(参数表)方式访问

    Myclass N(4, 5, 6);

    N.getSum();

    Myclass::getSum(); // 用<类名>::<静态成员函数名称>(参数)方式访问

    Myclass* pO = new Myclass(7, 8, 9);

    pO->getSum(); // 用<对象指针>-><静态成员函数名称>(参数表)方式访问

    return 0;

    }

    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,也可以直接使用格式: <类名>::<静态成员函数名>(<参数表>) 来调用类的静态成员函数。
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