static用法小結(jié)

static關(guān)鍵字是C, C++中都存在的關(guān)鍵字, 它主要有三種使用方式, 其中前兩種只指在C語(yǔ)言中使用, 第三種在C++中使用(C,C++中具體細(xì)微操作不盡相同, 本文以C++為準(zhǔn)).
(1)局部靜態(tài)變量
(2)外部靜態(tài)變量/函數(shù)
(3)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員/成員函數(shù)
下面就這三種使用方式及注意事項(xiàng)分別說(shuō)明

一、局部靜態(tài)變量
在C/C++中, 局部變量按照存儲(chǔ)形式可分為三種auto, static, register
(<C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)(第二版)>譚浩強(qiáng), 第174-175頁(yè))
與auto類(lèi)型(普通)局部變量相比, static局部變量有三點(diǎn)不同
1. 存儲(chǔ)空間分配不同
auto類(lèi)型分配在棧上, 屬于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)類(lèi)別, 占動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)空間, 函數(shù)調(diào)用結(jié)束后自動(dòng)釋放, 而static分配在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū), 在程序整個(gè)運(yùn)行期間都不釋放. 兩者之間的作用域相同, 但生存期不同.
2. static局部變量在所處模塊在初次運(yùn)行時(shí)進(jìn)行初始化工作, 且只操作一次
3. 對(duì)于局部靜態(tài)變量, 如果不賦初值, 編譯期會(huì)自動(dòng)賦初值0或空字符, 而auto類(lèi)型的初值是不確定的. (對(duì)于C++中的class對(duì)象例外, class的對(duì)象實(shí)例如果不初始化, 則會(huì)自動(dòng)調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù), 不管是否是static類(lèi)型)

特點(diǎn): static局部變量的”記憶性”與生存期的”全局性”
所謂”記憶性”是指在兩次函數(shù)調(diào)用時(shí), 在第二次調(diào)用進(jìn)入時(shí), 能保持第一次調(diào)用退出時(shí)的值.
示例程序一
#include <iostream>

using namespace std;

void staticLocalVar()
{
 static int a = 0; // 運(yùn)行期時(shí)初始化一次, 下次再調(diào)用時(shí), 不進(jìn)行初始化工作
 cout<<"a="<<a<<endl;
 ++a;
}

int main()
{
 staticLocalVar(); // 第一次調(diào)用, 輸出a=0
 staticLocalVar(); // 第二次調(diào)用, 記憶了第一次退出時(shí)的值, 輸出a=1
 return 0;
}

應(yīng)用:
 利用”記憶性”, 記錄函數(shù)調(diào)用的次數(shù)(示例程序一)
   利用生存期的”全局性”, 改善”return a pointer / reference to a local object”的問(wèn)題. Local object的問(wèn)題在于退出函數(shù), 生存期即結(jié)束,. 利用static的作用, 延長(zhǎng)變量的生存期.
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局部變量, 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;
}

注意事項(xiàng):
1. “記憶性”, 程序運(yùn)行很重要的一點(diǎn)就是可重復(fù)性, 而static變量的”記憶性”破壞了這種可重復(fù)性, 造成不同時(shí)刻至運(yùn)行的結(jié)果可能不同.
2. “生存期”全局性和唯一性. 普通的local變量的存儲(chǔ)空間分配在stack上, 因此每次調(diào)用函數(shù)時(shí), 分配的空間都可能不一樣, 而static具有全局唯一性的特點(diǎn), 每次調(diào)用時(shí), 都指向同一塊內(nèi)存, 這就造成一個(gè)很重要的問(wèn)題 ---- 不可重入性!!!
這樣在多線(xiàn)程程序設(shè)計(jì)或遞歸程序設(shè)計(jì)中, 要特別注意這個(gè)問(wèn)題.
(不可重入性的例子可以參見(jiàn)<effective C++ (2nd)>(影印版)第103-105頁(yè))
下面針對(duì)示例程序二, 分析在多線(xiàn)程情況下的不安全性.(為方便描述, 標(biāo)上行號(hào))
① const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
② {
③  static char strBuff[16]; // static局部變量, 用于返回地址有效
④  const unsigned char *pChIP = (const unsigned char *)&IpAddr;
⑤  sprintf(strBuff, "%u.%u.%u.%u",  pChIP[0], pChIP[1], pChIP[2], pChIP[3]);
⑥  return strBuff;
⑦ }
假設(shè)現(xiàn)在有兩個(gè)線(xiàn)程A,B運(yùn)行期間都需要調(diào)用IpToStr()函數(shù), 將32位的IP地址轉(zhuǎn)換成點(diǎn)分10進(jìn)制的字符串形式. 現(xiàn)A先獲得執(zhí)行機(jī)會(huì), 執(zhí)行IpToStr(), 傳入的參數(shù)是0x0B090A0A, 順序執(zhí)行完應(yīng)該返回的指針存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)容是:”10.10.9.11”, 現(xiàn)執(zhí)行到⑥時(shí), 失去執(zhí)行權(quán), 調(diào)度到B線(xiàn)程執(zhí)行, B線(xiàn)程傳入的參數(shù)是0xA8A8A8C0, 執(zhí)行至⑦, 靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)的內(nèi)容是192.168.168.168. 當(dāng)再調(diào)度到A執(zhí)行時(shí), 從⑥繼續(xù)執(zhí)行, 由于strBuff的全局唯一性, 內(nèi)容已經(jīng)被B線(xiàn)程沖掉, 此時(shí)返回的將是192.168.168.168字符串, 不再是10.10.9.11字符串.

二、外部靜態(tài)變量／函數(shù)
在C中static有了第二種含義：用來(lái)表示不能被其它文件訪(fǎng)問(wèn)的全局變量和函數(shù)。, 但為了限制全局變量/函數(shù)的作用域, 函數(shù)或變量前加static使得函數(shù)成為靜態(tài)函數(shù)。但此處“static”的含義不是指存儲(chǔ)方式，而是指對(duì)函數(shù)的作用域僅局限于本文件(所以又稱(chēng)內(nèi)部函數(shù))。注意此時(shí), 對(duì)于外部(全局)變量, 不論是否有static限制, 它的存儲(chǔ)區(qū)域都是在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū), 生存期都是全局的. 此時(shí)的static只是起作用域限制作用, 限定作用域在本模塊(文件)內(nèi)部.
使用內(nèi)部函數(shù)的好處是：不同的人編寫(xiě)不同的函數(shù)時(shí)，不用擔(dān)心自己定義的函數(shù)，是否會(huì)與其它文件中的函數(shù)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中定義的全局變量
extern int varA; // 錯(cuò)誤! varA是static類(lèi)型, 無(wú)法在其他文件中使用
extern vod funA(); // 使用file1.cpp中定義的函數(shù)
extern void funB(); // 錯(cuò)誤! 無(wú)法使用file1.cpp文件中static函數(shù)

三、靜態(tài)數(shù)據(jù)成員／成員函數(shù)(C++特有)
C++重用了這個(gè)關(guān)鍵字，并賦予它與前面不同的第三種含義：表示屬于一個(gè)類(lèi)而不是屬于此類(lèi)的任何特定對(duì)象的變量和函數(shù). 這是與普通成員函數(shù)的最大區(qū)別, 也是其應(yīng)用所在, 比如在對(duì)某一個(gè)類(lèi)的對(duì)象進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí), 計(jì)數(shù)生成多少個(gè)類(lèi)的實(shí)例, 就可以用到靜態(tài)數(shù)據(jù)成員. 在這里面, static既不是限定作用域的, 也不是擴(kuò)展生存期的作用, 而是指示變量/函數(shù)在此類(lèi)中的唯一性. 這也是”屬于一個(gè)類(lèi)而不是屬于此類(lèi)的任何特定對(duì)象的變量和函數(shù)”的含義. 因?yàn)樗菍?duì)整個(gè)類(lèi)來(lái)說(shuō)是唯一的, 因此不可能屬于某一個(gè)實(shí)例對(duì)象的. (針對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員而言, 成員函數(shù)不管是否是static, 在內(nèi)存中只有一個(gè)副本, 普通成員函數(shù)調(diào)用時(shí), 需要傳入this指針, static成員函數(shù)調(diào)用時(shí), 沒(méi)有this指針. )
請(qǐng)看示例程序四(<effective c++ (2nd)>(影印版)第59頁(yè))
class EnemyTarget {
public:
  EnemyTarget() { ++numTargets; }
  EnemyTarget(const EnemyTarget&) { ++numTargets; }
  ~EnemyTarget() { --numTargets; }
  static size_t numberOfTargets() { return numTargets; }
  bool destroy();   // returns success of attempt to destroy EnemyTarget object
private:
  static size_t numTargets;               // object counter
};
// class statics must be defined outside the class;
// initialization is to 0 by default
size_t EnemyTarget::numTargets;

在這個(gè)例子中, 靜態(tài)數(shù)據(jù)成員numTargets就是用來(lái)計(jì)數(shù)產(chǎn)生的對(duì)象個(gè)數(shù)的.
另外, 在設(shè)計(jì)類(lèi)的多線(xiàn)程操作時(shí), 由于POSIX庫(kù)下的線(xiàn)程函數(shù)pthread_create()要求是全局的, 普通成員函數(shù)無(wú)法直接做為線(xiàn)程函數(shù), 可以考慮用Static成員函數(shù)做線(xiàn)程函數(shù).

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