static關(guān)鍵字可用于聲明變量、函數(shù)、類數(shù)據(jù)成員和類函數(shù)。其主要影響著它們的生命周期、作用域和存儲位置。

static在普通變量和函數(shù)中的使用

• static修飾局部變量

  	默認(rèn)情況下	static修飾后
  作用域	函數(shù)內(nèi)部	函數(shù)內(nèi)部
  存儲位置	棧	靜態(tài)區(qū)
  生命周期	局部（函數(shù)調(diào)用開始，函數(shù)執(zhí)行完成時結(jié)束）	全局（函數(shù)調(diào)用開始，到程序執(zhí)行完成時結(jié)束）

  默認(rèn)情況下，局部變量（定義在函數(shù)內(nèi)部的變量）的作用域僅限于函數(shù)內(nèi)部，只有函數(shù)被調(diào)用的時候才被初始化（存儲于?？臻g）和使用，函數(shù)執(zhí)行完畢的時候被釋放，而被static修飾后，其作用域不變，但是存儲位置變?yōu)殪o態(tài)區(qū)，且生命周期延長（直到程序運(yùn)行結(jié)束后才被釋放）。

  #include <iostream>
  
  void fun()
  {
    int a = 0;//在函數(shù)每次調(diào)用的時候都會重新初始化
    static int b = 0;//在函數(shù)第一次調(diào)用的時候只初始化一次
    a++;
    b++;
    std::cout << "a = " << a << ", b = " << b << std::endl;
  }
  int main()
  {
    int i = 5;
    while (i--)
    {
      fun();
    }
  
    return 0;
  }
  

  輸出結(jié)果為：

  a = 1, b = 1
  a = 1, b = 2
  a = 1, b = 3
  a = 1, b = 4
  a = 1, b = 5
  

• static修飾全局變量

  	默認(rèn)情況下	static修飾后
  作用域	整個程序	當(dāng)前文件
  存儲位置	靜態(tài)區(qū)	靜態(tài)區(qū)
  生命周期	全局	全局

  默認(rèn)情況下，全局變量（在所有塊的外部定義變量）的作用域是整個程序，存儲位置為靜態(tài)區(qū)，生命周期也與程序的生命周期相同。當(dāng)其被static修飾后，其存儲位置和生命周期不會改變，但其作用域變?yōu)楫?dāng)前文件。

  //--------a.cpp--------
  int a = 1;
  static int b = 1; //僅在該文件內(nèi)部可見
  
  //------main.cpp-------
  #include <iostream>
  
  extern int a;
  // extern int b;
  
  int main()
  {
    std::cout << a << std::endl;
    // std::cout << b << std::endl; // 錯誤，導(dǎo)致程序編譯報錯
    return 0;
  }
  

• static修飾函數(shù)

  static修飾函數(shù)的作用與修飾全局變量的作用類似，即將函數(shù)的作用域由整個程序變?yōu)楫?dāng)前文件。

  //--------a.cpp--------
  #include <iostream> 
   
  void fn1()
  {
    std::cout<<"this is non-static func in a.cpp."<<std::endl;
  }
  
  static void fn2()
  {
    std::cout<<"this is static func in a.cpp."<<std::endl;
  }
   
  //------main.cpp-------
  #include <iostream>
  
  extern void fn1(); // 使用extern聲明其他文件的fn(),供main.cpp使用
  // extern void fn2();
  int main()
  {
    fn1();
    // fn2(); // 錯誤，編譯報錯
    return 0;
  }
  

static在類中的使用

在類定義中，關(guān)鍵字static聲明不綁定到類的實例對象。static在類中常用的使用場景主要有：

• 修飾類的數(shù)據(jù)成員：即靜態(tài)成員，該成員不關(guān)聯(lián)到任何對象，即使不定義該類的任何對象它也存在，其生存周期大于該類的對象，其作為類的成員，由該類的所有對象共同訪問。靜態(tài)成員存儲于全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)，由于要給靜態(tài)成員分配空間，因此普通的靜態(tài)成員不能在類的聲明中定義。其定義以及使用方法如下：

  //普通的靜態(tài)成員
  class X { static int n; }; // 聲明（用 'static'）
  int X::n = 1;              // 定義（不用 'static'）
  
  //常量靜態(tài)成員
  /*如果整型或枚舉類型的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員
  被聲明為 const（且非 volatile），
  那么它能以其中的每個表達(dá)式均為常量表達(dá)式
  的初始化器直接在類定義內(nèi)初始化：*/
  struct X
  {
      const static int n = 1;
      const static int m{2}; // C++11 起
      const static int k;
  };
  const int X::k = 3;
  
  //inline 靜態(tài)數(shù)據(jù)成員
  /*靜態(tài)數(shù)據(jù)成員可以聲明為 inline。 
  inline 靜態(tài)數(shù)據(jù)成員可以在類定義中定義，
  而且可以指定初始化器。它不需要類外定義。*/
  struct X
  {
      inline static int n = 1; // C++17 起
  };
  

• 修飾類的成員函數(shù)：即靜態(tài)成員函數(shù)，該函數(shù)與靜態(tài)成員一樣，不關(guān)聯(lián)到任何對象。調(diào)用時，它們沒有this指針。靜態(tài)成員函數(shù)不能是virtual、const 或volatile 的。靜態(tài)成員函數(shù)的地址可以存儲在常規(guī)的函數(shù)指針中，但不能存儲在成員函數(shù)指針中。其定義及使用方法如下：

  struct X {
      static void sf(){};  
      void f(){};          
      static int n;      // 聲明
  };
  
  int X::n = 7;  // 定義
  
  
  X x;
  x.sf(); // 通過對象進(jìn)行調(diào)用
  X::sf(); // 通過類名::函數(shù)名進(jìn)行調(diào)用
  void (X::*pf)() = &X::f;
  // void (X::*psf)() = &X::sf; //錯誤，靜態(tài)成員函數(shù)的地址不能存儲在成員函數(shù)指針中。
  void (*psf)() = &X::sf;  // 靜態(tài)成員函數(shù)的地址可以存儲在常規(guī)的函數(shù)指針中
  (x.*pf)(); 
  (*psf)();
  

介紹完static的使用方式和方法后，我們通過一個完整的例子，總結(jié)一下其使用時的注意事項，例子如下：

#include <iostream>

using namespace std;

class A {
    public:
    A(int a) {
        a_ = a;
        s_sum_ += a;
    }

    int getSum() { return s_sum_; }
    void showA() { cout << "a = " << a_ << ", s_sum_ = " << s_sum_ << endl; }
    //static void showA() { cout << "a = " << a_ << ", sum = " << s_sum_ << endl; } //錯誤，靜態(tài)成員函數(shù)不能訪問非靜態(tài)成員和非靜態(tài)成員函數(shù)。
    static void showSum() { cout << "s_sum_ = " << s_sum_ << endl; }

    private:
    int a_;
    static int s_sum_;
    //static int s_sum_ = 0;  // 錯誤，non-const static成員不能在類的內(nèi)部初始化
    /*【注：C++17起，inline 靜態(tài)數(shù)據(jù)成員可以在類定義中定義
         (即inline static int s_sum_ = 0;)，
         而且可以指定初始化器。它不需要類外定義】*/
};

int A::s_sum_ = 0;  // 初始化 【非const靜態(tài)成員必須在類的外面初始化】

int main() {
    A::showSum();
    cout << "sizeof(A) = " << sizeof(A) << endl;
    A a1(1);
    cout << "sizeof(a1) = " << sizeof(a1) << ", s_sum_ = " << a1.getSum() << endl;
    a1.showA();

    A a2(2);
    cout << "sizeof(a2) = " << sizeof(a2) << ", s_sum_ = " << a2.getSum() << endl;
    a2.showA();

    a1.showSum();
    a2.showSum();
    A::showSum();

    return 0;
}

輸出結(jié)果如下：

s_sum_ = 0
sizeof(A) = 4
sizeof(a1) = 4, s_sum_ = 1
a = 1, s_sum_ = 1
sizeof(a2) = 4, s_sum_ = 3
a = 2, s_sum_ = 3
s_sum_ = 3
s_sum_ = 3
s_sum_ = 3

從上述例子和輸出結(jié)果可以得出：

• 靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不關(guān)聯(lián)到類對象，且只初始化一次，單獨(dú)存儲。
• 普通的靜態(tài)成員不能在類的聲明中定義，需要在類的外面單獨(dú)初始化。
• 靜態(tài)成員函數(shù)能夠訪問靜態(tài)成員，但不能訪問非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員和非靜態(tài)成員函數(shù)（因為非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員和函數(shù)是與類的對象綁定的，但靜態(tài)成員函數(shù)不關(guān)聯(lián)任何對象，且調(diào)用時，它們沒有this指針。）。

總 結(jié)

在使用關(guān)鍵字static的時候，我們需要注意一下幾個原則：

• 被static修飾的變量的存儲位置都在靜態(tài)區(qū)，且生命周期延長至整個程序運(yùn)行結(jié)束。
• static具有隔離作用，被static修飾的全局變量和全局函數(shù)的作用域由全局變?yōu)楫?dāng)前文件。
• 靜態(tài)變量雖然具有全局變量的生命周期，但只能作用于自己的作用域。
• 普通靜態(tài)成員需要在類的外面進(jìn)行初始化。
• 靜態(tài)成員函數(shù)不能調(diào)用類的非靜態(tài)成員，包括非靜態(tài)成員和非靜態(tài)成員函數(shù)。

參考文獻(xiàn)

《C++ reference》

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