C++ 系列：static

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C++的static有兩種用法：面向過程程式設計中的static和物件導向程式設計中的static。前者應用於普通變數和函數，不涉及類；後者主要說明static在類中的作用。
一、面向過程設計中的static
1、靜態全域變數
在全域變數前，加上關鍵字static，該變數就被定義成為一個靜態全域變數。我們先舉一個靜態全域變數的例子，如下：
[cpp] view plain copy
#include<iostream>
using namespace std;

static int n; //定義靜態全域變數

void fn()
{
n++;
cout<<n<<endl;
}

int main(void)
{
n = 20;
cout<<n<<endl;
fn();
return 0;
}
靜態全域變數有以下特點：
該變數在全域資料區分配記憶體；
未經初始化的靜態全域變數會被程式自動初始化為0（自動變數的值是隨機的，除非它被顯式初始化）；
靜態全域變數在聲明它的整個檔案都是可見的，而在檔案之外是不可見的；　
靜態變數都在全域資料區分配記憶體，包括後面將要提到的靜態局部變數。對於一個完整的程式，在記憶體中的分布情況如：
代碼區
全域資料區
堆區
棧區
　　一般程式的由new產生的動態資料存放在堆區，函數內部的自動變數存放在棧區。自動變數一般會隨著函數的退出而釋放空間，待用資料（即使是函數內部的靜態局部變數）也存放在全域資料區。全域資料區的資料並不會因為函數的退出而釋放空間。細心的讀者可能會發現，Example 1中的代碼中將

[cpp] view plain copy
static int n; //定義靜態全域變數
改為

[cpp] view plain copy
int n; //定義全域變數
程式照樣正常運行。
的確，定義全域變數就可以實現變數在檔案中的共用，但定義靜態全域變數還有以下好處：
靜態全域變數不能被其它檔案所用；
其它檔案中可以定義相同名字的變數，不會發生衝突；
您可以將上述範例程式碼改為如下：
[cpp] view plain copy
//File1
#include<iostream>
using namespace std;

void fn();
static int n; //定義靜態全域變數

int main(void)
{
n = 20;
cout<<n<<endl;
fn();
return 0;
}

//File2
#include<iostream>
using namespace std;

extern int n;

void fn()
{
n++;
cout<<n<<endl;
}
編譯並運行這個程式，您就會發現上述代碼可以分別通過編譯，但運行時出現錯誤。試著將

[cpp] view plain copy
static int n; //定義靜態全域變數
改為

[cpp] view plain copy
int n; //定義全域變數
再次編譯運行程式，細心體會全域變數和靜態全域變數的區別。
2、靜態局部變數
在局部變數前，加上關鍵字static，該變數就被定義成為一個靜態局部變數。
我們先舉一個靜態局部變數的例子，如下：
[cpp] view plain copy
#include<iostream>
using namespace std;

void fn();

int main(void)
{
fn();
fn();
fn();
return 0;
}

void fn()
{
static int n = 10;
cout<<n<<endl;
n++;
}
通常，在函數體內定義了一個變數，每當程式運行到該語句時都會給該局部變數分配棧記憶體。但隨著程式退出函數體，系統就會收回棧記憶體，局部變數也相應失效。
　　但有時候我們需要在兩次調用之間對變數的值進行儲存。通常的想法是定義一個全域變數來實現。但這樣一來，變數已經不再屬於函數本身了，不再僅受函數的控制，給程式的維護帶來不便。
　　靜態局部變數正好可以解決這個問題。靜態局部變數儲存在全域資料區，而不是儲存在棧中，每次的值保持到下一次調用，直到下次賦新值。
靜態局部變數有以下特點：
（1）該變數在全域資料區分配記憶體；
（2）靜態局部變數在程式執行到該對象的聲明處時被首次初始化，即以後的函數調用不再進行初始化；
（3）靜態局部變數一般在聲明處初始化，如果沒有顯式初始化，會被程式自動初始化為0；
（4）它始終駐留在全域資料區，直到程式運行結束。但其範圍為局部範圍，當定義它的函數或語句塊結束時，其範圍隨之結束；
3、靜態函數
　　在函數的傳回型別前加上static關鍵字,函數即被定義為靜態函數。靜態函數與普通函數不同，它只能在聲明它的檔案當中可見，不能被其它檔案使用。
靜態函數的例子：
[cpp] view plain copy
#include<iostream>
using namespace std;

static void fn(); //聲明靜態函數

int main(void)
{
fn();
return 0;
}

void fn() //定義靜態函數
{
int n = 10;
cout<<n<<endl;
}
定義靜態函數的好處：
靜態函數不能被其它檔案所用；
其它檔案中可以定義相同名字的函數，不會發生衝突；
二、物件導向的static關鍵字（類中的static關鍵字）
1、待用資料成員
在類內資料成員的聲明前加上關鍵字static，該資料成員就是類內的待用資料成員。先舉一個待用資料成員的例子。
[cpp] view plain copy
#include<iostream>
using namespace std;

class Myclass
{
private:
int a , b , c;
static int sum; //聲明待用資料成員
public:
Myclass(int a , int b , int c);
void GetSum();
};

int Myclass::sum = 0; //定義並初始化待用資料成員

Myclass::Myclass(int a , int b , int c)
{
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，待用資料成員有以下特點：
對於非待用資料成員，每個類對象都有自己的拷貝。而待用資料成員被當作是類的成員。無論這個類的對象被定義了多少個，待用資料成員在程式中也只有一份拷貝，由該類型的所有對象共用訪問。也就是說，待用資料成員是該類的所有對象所共有的。對該類的多個對象來說，待用資料成員只分配一次記憶體，供所有對象共用。所以，待用資料成員的值對每個對象都是一樣的，它的值可以更新；
待用資料成員儲存在全域資料區。待用資料成員定義時要分配空間，所以不能在類聲明中定義。在Example 5中，語句int Myclass::Sum=0;是定義待用資料成員；
待用資料成員和普通資料成員一樣遵從public,protected,private訪問規則；
因為待用資料成員在全域資料區分配記憶體，屬於本類的所有對象共用，所以，它不屬於特定的類對象，在沒有產生類對象時其範圍就可見，即在沒有產生類的執行個體時，我們就可以操作它；
待用資料成員初始化與一般資料成員初始化不同。待用資料成員初始化的格式為：
＜資料類型＞＜類名＞::＜待用資料成員名＞=＜值＞
類的待用資料成員有兩種訪問形式：
＜類對象名＞.＜待用資料成員名＞ 或 ＜類類型名＞::＜待用資料成員名＞
如果待用資料成員的存取權限允許的話（即public的成員），可在程式中，按上述格式來引用待用資料成員 ；
待用資料成員主要用在各個對象都有相同的某項屬性的時候。比如對於一個存款類，每個執行個體的利息都是相同的。所以，應該把利息設為存款類的待用資料成員。這有兩個好處，第一，不管定義多少個存款類對象，利息資料成員都共用分配在全域資料區的記憶體，所以節省儲存空間。第二，一旦利息需要改變時，只要改變一次，則所有存款類對象的利息全改變過來了；
同全域變數相比，使用待用資料成員有兩個優勢：
待用資料成員沒有進入程式的全域名字空間，因此不存在與程式中其它全域名字衝突的可能性；
可以實現資訊隱藏。待用資料成員可以是private成員，而全域變數不能；
2、靜態成員函數
　　與待用資料成員一樣，我們也可以建立一個靜態成員函數，它為類的全部服務而不是為某一個類的具體物件服務。靜態成員函數與待用資料成員一樣，都是類的內部實現，屬於類定義的一部分。普通的成員函數一般都隱含了一個this指標，this指標指向類的對象本身，因為普通成員函數總是具體的屬於某個類的具體對象的。通常情況下，this是預設的。如函數fn()實際上是this->fn()。但是與普通函數相比，靜態成員函數由於不是與任何的對象相聯絡，因此它不具有this指標。從這個意義上講，它無法訪問屬於類對象的非待用資料成員，也無法訪問非靜態成員函數，它只能調用其餘的靜態成員函數。下面舉個靜態成員函數的例子。

[cpp] view plain copy
#include<iostream>
using namespace std;

class Myclass
{
private:
int a , b , c;
static int sum; //聲明待用資料成員
public:
Myclass(int a , int b , int c);
static void GetSum(); //聲明靜態成員函數
};

int Myclass::sum = 0; //定義並初始化待用資料成員

Myclass::Myclass(int a , int b , int c)
{
this->a = a;
this->b = b;
this->c = c;
sum += a+b+c; //非靜態成員函數可以訪問待用資料成員
}
void Myclass::GetSum() //靜態成員函數的實現
{
//cout<<a<<endl; //錯誤碼，a是非待用資料成員
cout<<"sum="<<sum<<endl;
}

int main(void)
{
Myclass M(1 , 2 , 3);
M.GetSum();
Myclass N(4 , 5 , 6);
N.GetSum();
Myclass::GetSum();
return 0;
}
關於靜態成員函數，可以總結為以下幾點：
出現在類體外的函數定義不能指定關鍵字static；
靜態成員之間可以相互訪問，包括靜態成員函數訪問待用資料成員和訪問靜態成員函數；
非靜態成員函數可以任意地訪問靜態成員函數和待用資料成員；
靜態成員函數不能訪問非靜態成員函數和非待用資料成員；
由於沒有this指標的額外開銷，因此靜態成員函數與類的全域函數相比速度上會有少許的增長；
調用靜態成員函數，可以用成員訪問操作符(.)和(->)為一個類的對象或指向類對象的指標調用靜態成員函數，也可以直接使用如下格式：
＜類名＞::＜靜態成員函數名＞（＜參數表＞）
調用類的靜態成員函數。

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