本帖最后由 群发软件 于 2017-6-12 21:09 编辑
1、什么是static?
static 是C++中很常用的修饰符，它被用来控制变量的存储方式和可见性。
2、为什么要引入static?
函数内部定义的变量，在程序执行到它的定义处时，编译器为它在栈上分配空间，大家知道，函数在栈上分配的空间在此函数执行结束时会释放掉，这样就产生了一个问题: 如果想将函数中此变量的值保存至下一次调用时，如何实现？ 最容易想到的方法是定义一个全局的变量，但定义为一个全局变量有许多缺点，最明显的缺点是破坏了此变量的访问范围（使得在此函数中定义的变量，不仅仅受此函数控制）。
3、什么时候用static?
需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务,同时又力求不破坏类的封装性,即要求此成员隐藏在类的内部，对外不可见。
4、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。
5、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。
6、引用静态数据成员时，采用如下格式：
<类名>::<静态成员名>
如果静态数据成员的访问权限允许的话(即public的成员)，可在程序中，按上述格式
来引用静态数据成员。
7、注意事项：
(1)类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，这就导致
了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。
(2)不能将静态成员函数定义为虚函数。
(3)由于静态成员声明于类中，操作于其外，所以对其取地址操作，就多少有些特殊
，变量地址是指向其数据类型的指针 ，函数地址类型是一个“nonmember函数指针”。
(4)由于静态成员函数没有this指针，所以就差不多等同于nonmember函数，结果就
产生了一个意想不到的好处：成为一个callback函数，使得我们得以将C++和C-based X W
indow系统结合，同时也成功的应用于线程函数身上。
(5)static并没有增加程序的时空开销，相反她还缩短了子类对父类静态成员的访问
时间，节省了子类的内存空间。
(6)静态数据成员在<定义或说明>时前面加关键字static。
(7)静态数据成员是静态存储的，所以必须对它进行初始化。
(8)静态成员初始化与一般数据成员初始化不同:
初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆；
初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等；
初始化时使用作用域运算符来标明它所属类；
所以我们得出静态数据成员初始化的格式：
<数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>
(9)为了防止父类的影响，可以在子类定义一个与父类相同的静态变量，以屏蔽父类的影响。这里有一点需要注意：我们说静态成员为父类和子类共享，但我们有重复定义了静态成员，这会不会引起错误呢？不会，我们的编译器采用了一种绝妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的标志。
静态数据成员
在类中，静态成员可以实现多个对象之间的数据共享，并且使用静态数据成员还不会破坏隐藏的原则，即保证了安全性。因此，静态成员是类的所有对象中共享的成员，而不是某个对象的成员。
使用静态数据成员可以节省内存，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。
静态数据成员的使用方法和注意事项如下：
1、静态数据成员在定义或说明时前面加关键字static。
2、静态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如下：
<数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>
这表明：
(1) 初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆。
(2) 初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等。
(3) 初始化时使用作用域运算符来标明它所属类，因此，静态数据成员是类的成员，而不是对象的成员。
3、静态数据成员是静态存储的，它是静态生存期，必须对它进行初始化。
4、引用静态数据成员时，采用如下格式：
<类名>::<静态成员名>
如果静态数据成员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数据成员。
静态成员函数
静态成员函数和静态数据成员一样，它们都属于类的静态成员，它们都不是对象成员。因此，对静态成员的引用不需要用对象名。
在静态成员函数的实现中不能直接引用类中说明的非静态成员，可以引用类中说明的静态成员。如果静态成员函数中要引用非静态成员时，可通过对象来引用。
下面看一个例子：
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
}
};
void main( void )
{
Point pt;
pt.init();
pt.output();
}
这样编译是不会有任何错误的。
下面这样看
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
}
};
void main( void )
{
Point:
utput();
}
这样编译会处错，错误信息：illegal call of non-static member function，为什么？
因为在没有实例化一个类的具体对象时，类是没有被分配内存空间的。
好的再看看下面的例子:
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
}
};
void main( void )
{
Point::init();
}
这时编译就不会有错误，因为在类的定义时，它静态数据和成员函数就有了它的内存区，它不属于类的任何一个具体对象。
好的再看看下面的例子:
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
x = 0;
y = 0;
}
private:
int x;
int y;
};
void main( void )
{
Point::init();
}
编译出错：
illegal reference to data member 'Point::x' in a static member function
illegal reference to data member 'Point::y' in a static member function
在一个静态成员函数里错误的引用了数据成员，
还是那个问题，静态成员（函数），不属于任何一个具体的对象，那么在类的具体对象声明之前就已经有了内存区，
而现在非静态数据成员还没有分配内存空间，那么这里调用就错误了，就好像没有声明一个变量却提前使用它一样。
也就是说在静态成员函数中不能引用非静态的成员变量。
好的再看看下面的例子:
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
x = 0;
y = 0;
init();
}
static void init()
{ }
private:
int x;
int y;
};
void main( void )
{
Point::init();
}
好的，这样就不会有任何错误。这最终还是一个内存模型的问题，
任何变量在内存中有了自己的空间后，在其他地方才能被调用，否则就会出错。
好的再看看下面的例子:
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
x = 0;
y = 0;
}
private:
static int x;
static int y;
};
void main( void )
{
Point::init();
}
编译：
Linking...
test.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "private: static int Point::y"
test.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "private: static int Point::x"
Debug/Test.exe : fatal error LNK1120: 2 unresolved externals
执行 link.exe 时出错.
可以看到编译没有错误，连接错误，这又是为什么呢？
这是因为静态的成员变量要进行初始化，可以这样：
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
x = 0;
y = 0;
}
private:
static int x;
static int y;
};
int Point::x = 0;
int Point::y = 0;
void main( void )
{
Point::init();
}
在静态成员数据变量初始化之后就不会出现编译错误了。
再看看下面的代码：
#include <iostream.h>
class Point
{
public:
void output()
{
}
static void init()
{
x = 0;
y = 0;
}
private:
static int x;
static int y;
};
void main( void )
{
}
编译没有错误，为什么？
即使他们没有初始化，因为我们没有访问x，y，所以编译不会出错。
C++会区分两种类型的成员函数：静态成员函数和非静态成员函数。这两者之间的一个重大区别是，静态成员函数不接受隐含的this自变量。所以，它就无法访问自己类的非静态成员。
在某些条件下，比如说在使用诸如pthread（它不支持类）此类的多线程库时，就必须使用静态的成员函数，因为其地址同C语言函数的地址兼容。这种铜限制就迫使程序员要利用各种解决办法才能够从静态成员函数访问到非静态数据成员。
第一个解决办法是声明类的所有数据成员都是静态的。运用这种方式的话，静态的成员函数就能够直接地访问它们，例如：
class Singleton
{
public:
static Singleton * instance();
private:
Singleton * p;
static Lock lock;
};
Singleton * Singleton::instance()
{
lock.getlock(); // fine, lock is static
if (!p)
p=new Singleton;
lock.unlock();
return p;
}
这种解决方法不适用于需要使用非静态数据成员的类。
访问非静态数据成员
将参照传递给需要考量的对象能够让静态的成员函数访问到对象的非静态数据：
class A
{
public:
static void func(A & obj);
intgetval() const; //non-static member function
private:
intval;
};
静态成员函数func()会使用参照obj来访问非静态成员val。
voidA::func(A & obj)
{
int n = obj.getval();
}
将一个参照或者指针作为静态成员函数的自变量传递，就是在模仿自动传递非静态成员函数里this自变量这一行为。
C 语言的 static 关键字有三种（具体来说是两种）用途：
1. 静态局部变量：用于函数体内部修饰变量，这种变量的生存期长于该函数。
[cpp] view plain copy
- int foo(){
- static int i = 1; // note:1
- //int i = 1; // note:2
- i += 1;
- return i;
- }
要明白这个用法，我们首先要了解c/c++的内存分布，以及static所在的区间。
对于一个完整的程序，在内存中的分布情况如下图：
1.栈区： 由编译器自动分配释放，像局部变量，函数参数，都是在栈区。会随着作用于退出而释放空间。
3.堆区：程序员分配并释放的区域，像malloc(c),new(c++)
3.全局数据区(静态区)：全局变量和静态便令的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束释放。
4.代码区
所以上面note:1的static是在全局数据区分配的,那么它存在的意思是什么？又是什么时候初始化的呢？
首先回答第一个问题：它存在的意义就是随着第一次函数的调用而初始化，却不随着函数的调用结束而销毁(如果把以上的note:1换成note:2,那么i就是在栈区分配了，会随着foo的调用结束而释放)。
那么第二个问题也就浮出水面了，它是在第一次调用进入note:1的时候初始化（当初面试被坑过，我居然说是一开始就初始化了，汗！！）。且只初始化一次，也就是你第二次调用foo(),不会继续初始化，而会直接跳过。
那么它跟定义一个全局变量有什么区别呢，同样是初始化一次，连续调用foo()的结果是一样的，但是，使用全局变量的话，变量就不属于函数本身了，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。
那么我们总结一下，静态局部变量的特点（括号内为note:2,也就是局部变量的对比）：
（1）该变量在全局数据区分配内存(局部变量在栈区分配内存);
（2）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(局部变量每次函数调用都会被初始化);
（3）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(局部变量不会被初始化);
（4）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，也就是不能在函数体外面使用它(局部变量在栈区，在函数结束后立即释放内存);
2.静态全局变量：定义在函数体外，用于修饰全局变量，表示该变量只在本文件可见。
[cpp] view plain copy
- static int i = 1; //note:3
- //int i = 1; //note:4
-
-
- int foo()
- {
- i += 1;
- return i;
- }
note:3和note:4有什么差异呢？你调用foo(),无论调用几次，他们的结果都是一样的。也就是说在本文件内调用他们是完全相同的。那么他们的区别是什么呢？
文件隔离！
假设我有一个文件a.c,我们再新建一个b.c,内容如下。
[cpp] view plain copy
- //file a.c
-
- //static int n = 15; //note:5
- int n = 15; //note:6
-
- //file b.c
- #include <stdio.h>
-
- extern int n;
-
- void fn()
- {
- n++;
- printf("after: %d\n",n);
- }
-
-
- void main()
- {
- printf("before: %d\n",n);
- fn();
- }
我们先使用note:6,也就是非静态全局变量，发现输出为:
before: 15
after: 16
也就是我们的b.c通过extern使用了a.c定义的全局变量。
那么我们改成使用note:5,也就是使用静态全局变量呢？
gcc a.c b.c -o output.out
会出现类似undeference to "n"的报错，它是找不到n的，因为static进行了文件隔离，你是没办法访问a.c定义的静态全局变量的，当然你用 #include "a.c",那就不一样了。
以上我们就可以得出静态全局变量的特点：
静态全局变量不能被其它文件所用(全局变量可以);
其它文件中可以定义相同名字的变量，不会发生冲突(自然了，因为static隔离了文件，其它文件使用相同的名字的变量，也跟它没关系了);
3.静态函数：准确的说，静态函数跟静态全局变量的作用类似：
[cpp] view plain copy
- //file a.c
- #include <stdio.h>
-
-
- void fn()
- {
- printf("this is non-static func in a");
- }
-
-
- //file b.c
- #include <stdio.h>
-
-
- extern void fn(); //我们用extern声明其他文件的fn(),供本文件使用。
-
-
- void main()
- {
- fn();
- }
可以正常输出：this is non-static func in a。
当给void fn()加上static的关键字之后呢？ undefined reference to "fn".
所以，静态函数的好处跟静态全局变量的好处就类似了：
1.静态函数不能被其它文件所用;
2.其它文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突;
上面一共说了三种用法，为什么说准确来说是两种呢？
1.一种是修饰变量，一种是修饰函数，所以说是两种（这种解释不多）。
2.静态全局变量和修饰静态函数的作用是一样的，一般合并为一种。（这是比较多的分法）。
C++ 语言的 static 关键字有二种用途：
当然以上的几种，也可以用在c++中。还有额外的两种用法：
1.静态数据成员：用于修饰 class 的数据成员，即所谓“静态成员”。这种数据成员的生存期大于 class 的对象（实体 instance）。静态数据成员是每个 class 有一份，普通数据成员是每个 instance 有一份，因此静态数据成员也叫做类变量，而普通数据成员也叫做实例变量。
[cpp] view plain copy
- #include<iostream>
-
-
- using namespace std;
-
-
- class Rectangle
- {
- private:
- int m_w,m_h;
- static int s_sum;
-
- public:
- Rectangle(int w,int h)
- {
- this->m_w = w;
- this->m_h = h;
- s_sum += (this->m_w * this->m_h);
- }
-
-
- void GetSum()
- {
- cout<<"sum = "<<s_sum<<endl;
- }
-
-
- };
-
-
- int Rectangle::s_sum = 0; //初始化
-
-
-
-
- int main()
- {
- cout<<"sizeof(Rectangle)="<<sizeof(Rectangle)<<endl;
- Rectangle *rect1 = new Rectangle(3,4);
- rect1->GetSum();
- cout<<"sizeof(rect1)="<<sizeof(*rect1)<<endl;
- Rectangle rect2(2,3);
- rect2.GetSum();
- cout<<"sizeof(rect2)="<<sizeof(rect2)<<endl;
-
- system("pause");
- return 0;
- }
结果如下：
由图可知：sizeof(Rectangle)=8bytes=sizeof(m_w)+sizeof(m_h)。也就是说 static 并不占用Rectangle的内存空间。
那么static在哪里分配内存的呢？是的，全局数据区(静态区)。
再看看GetSum()，第一次12=3*4，第二次18=12+2*3。由此可得，static只会被初始化一次，于实例无关。
结论：
对于非静态数据成员，每个类对象(实例)都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成员，由该类型的所有对象共享访问,对该类的多个对象来说，静态数据成员只分配一次内存。
静态数据成员存储在全局数据区。静态数据成员定义时要分配空间，所以不能在类声明中定义。
也就是说，你每new一个Rectangle，并不会为static int s_sum的构建一份内存拷贝，它是不管你new了多少Rectangle的实例，因为它只与类Rectangle挂钩，而跟你每一个Rectangle的对象没关系。
2、静态成员函数：用于修饰 class 的成员函数。
我们对上面的例子稍加改动：
[cpp] view plain copy
- #include<iostream>
-
-
- using namespace std;
-
-
- class Rectangle
- {
- private:
- int m_w,m_h;
- static int s_sum;
-
- public:
- Rectangle(int w,int h)
- {
- this->m_w = w;
- this->m_h = h;
- s_sum += (this->m_w * this->m_h);
- }
-
-
- static void GetSum() //这里加上static
- {
- cout<<"sum = "<<s_sum<<endl;
- }
-
-
- };
-
-
- int Rectangle::s_sum = 0; //初始化
-
-
-
-
- int main()
- {
- cout<<"sizeof(Rectangle)="<<sizeof(Rectangle)<<endl;
- Rectangle *rect1 = new Rectangle(3,4);
- rect1->GetSum();
- cout<<"sizeof(rect1)="<<sizeof(*rect1)<<endl;
- Rectangle rect2(2,3);
- rect2.GetSum(); //可以用对象名.函数名访问
- cout<<"sizeof(rect2)="<<sizeof(rect2)<<endl;
- Rectangle::GetSum(); //也可以可以用类名::函数名访问
-
-
- system("pause");
- return 0;
- }
上面注释可见:对GetSum()加上static，使它变成一个静态成员函数，可以用类名::函数名进行访问。
那么静态成员函数有特点呢？
1.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;
2.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;
3.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;
4.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,也可以用类名::函数名调用(因为他本来就是属于类的，用类名调用很正常)
前三点其实是一点：静态成员函数不能访问非静态(包括成员函数和数据成员)，但是非静态可以访问静态，有点晕吗？没关系，我给你个解释，
因为静态是属于类的，它是不知道你创建了10个还是100个对象，所以它对你对象的函数或者数据是一无所知的，所以它没办法调用，而反过来，你创建的对象是对类一清二楚的(不然你怎么从它那里实例化呢)，所以你是可以调用类函数和类成员的，就像不管GetSum是不是static，都可以调用static的s_sum一样。
|( 京ICP备09078825号 )
发表于 2017-6-12 21:07:15
收藏
发表于 2017-7-4 04:22:04
