C/C++ static關鍵字詳解

靜態變數作用範圍在一個檔案內，程式開始時分配空間，結束時釋放空間，預設初始化為0，使用時可以改變其值。

    靜態變數或靜態函數只有本檔案內的代碼才能訪問它，它的名字在其它檔案中不可見。
用法1：函數內部聲明的static變數，可作為對象間的一種通訊機制
    如果一局部變數被聲明為static，那麼將只有唯一的一個靜態分配的對象，它被用於在該函數的所有調用中表示這個變數。這個對象將只在執行線程第一次到達它的定義使初始化。
用法2：局部靜態對象
    對於局部靜態對象，建構函式是在控制線程第一次通過該對象的定義時調用。在程式結束時，局部靜態對象的解構函式將按照他們被構造的相反順序逐一調用，沒有規定確切時間。
 用法3：靜態成員和靜態成員函數
  如果一個變數是類的一部分，但卻不是該類的各個對象的一部分，它就被成為是一個static靜態成員。一個static成員只有唯一的一份副本，而不像常規的非static成員那樣在每個對象裡各有一份副本。同理，一個需要訪問類成員，而不需要針對特定對象去調用的函數，也被稱為一個static成員函數。
類的靜態成員函數只能訪問類的靜態成員(變數或函數)。

    進一步詳細解釋如下：

1.先來介紹它的第一條也是最重要的一條：隱藏

     當我們同時編譯多個檔案時，所有未加static首碼的全域變數和函數都具有全域可見度。為理解這句話，我舉例來說明。我們要同時編譯兩個源檔案，一個是a.c，另一個是main.c. 下面是a.c的內容:

char a = 'A'; // global variable

void msg() { printf("Hello\n"); }

    下面是main.c的內容：

int main(void) { 

    extern char a; // extern variable must be declared before use

    printf("%c ", a);

    (void)msg();

    return 0;  }

    程式的運行結果是：

A Hello

    你可能會問：為什麼在a.c中定義的全域變數a和函數msg能在main.c中使用？前面說過，所有未加static首碼的全域變數和函數都具有全域可見度，其它的源檔案也能訪問。此例中，a是全域變數，msg是函數，並且都沒有加static首碼，因此對於另外的源檔案main.c是可見的。

如果加了static，就會對其它源檔案隱藏。例如在a和msg的定義前加上static，main.c就看不到它們了。利用這一特性可以在不同的檔案中定義同名函數和同名變數，而不必擔心命名衝突。Static可以用作函數和變數的首碼，對於函數來講，static的作用僅限於隱藏，而對於變數，static還有下面兩個作用。

2. static的第二個作用是保持變數內容的持久

    儲存在待用資料區的變數會在程式剛開始運行時就完成初始化，也是唯一的一次初始化。共有兩種變數儲存在靜態儲存區：全域變數和static變數，只不過和全域變數比起來，static可以控制變數的可見範圍，說到底static還是用來隱藏的。雖然這種用法不常見，但我還是舉一個例子。

#include ＜stdio.h＞

 int fun(void){

static int count = 10; // 事實上此指派陳述式從來沒有執行過

 return count--;

 }

 int count = 1;

int main(void) {

printf("global\t\tlocal static\n");

 for(; count ＜= 10; ++count)

    printf("%d\t\t%d\n", count, fun());

 return 0; }

    程式的運行結果是：

global local static
1  10
2   9
3   8
4   7
5   6
6   5
7   4
8   3
9   2
10  1

3. static的第三個作用是預設初始化為0.其實全域變數也具備這一屬性，因為全域變數也儲存在待用資料區

    在待用資料區，記憶體中所有的位元組預設值都是0x00，某些時候這一特點可以減少程式員的工作量。比如初始化一個疏鬆陣列，我們可以一個一個地把所有元素都置0，然後把不是0的幾個元素賦值。如果定義成靜態，就省去了一開始置0的操作。再比如要把一個字元數組當字串來用，但又覺得每次在字元數組末尾加‘\0’太麻煩。如果把字串定義成靜態，就省去了這個麻煩，因為那裡本來就是‘\0’。不妨做個小實驗驗證一下。

#include ＜stdio.h＞

 int a;

int main(void){

int i;

static char str[10];

printf("integer: %d; string: (begin)%s(end)", a, str);

 return 0;

 }

    程式的運行結果如下integer： 0； string： （begin）（end）

    最後對static的三條作用做一句話總結。首先static的最主要功能是隱藏，其次因為static變數存放在靜態儲存區，所以它具備持久性和預設值0.

4. 用static聲明的函數和變數小結

    static 聲明的變數在C語言中有兩方面的特徵：

1)、變數會被放在程式的全域儲存區中，這樣可以在下一次調用的時候還可以保持原來的賦值。這一點是它與堆棧變數和堆變數的區別。

2)、變數用static告知編譯器，自己僅僅在變數的作用範圍內可見。這一點是它與全域變數的區別。

 Tips:
A.若全域變數僅在單個C檔案中訪問，則可以將這個變數修改為靜態全域變數，以降低模組間的耦合度；
B.若全域變數僅由單個函數訪問，則可以將這個變數改為該函數的靜態局部變數，以降低模組間的耦合度；
C.設計和使用訪問動態全域變數、靜態全域變數、靜態局部變數的函數時，需要考慮重入問題；
D.如果我們需要一個可重新進入的函數，那麼，我們一定要避免函數中使用static變數(這樣的函數被稱為：帶“內部儲存空間”功能的的函數)
E.函數中必須要使用static變數情況:比如當某函數的傳回值為指標類型時，則必須是static的局部變數的地址作為傳回值，若為auto類型，則返回為錯指標。

    函數前加static使得函數成為靜態函數。但此處“static”的含義不是指儲存方式，而是指對函數的範圍僅局限於本檔案(所以又稱內建函式)。使用內建函式的好處是：不同的人編寫不同的函數時，不用擔心自己定義的函數，是否會與其它檔案中的函數同名。

擴充分析:

     術語static有著不尋常的曆史.起初，在C中引入關鍵字static是為了表示退出一個塊後仍然存在的局部變數。隨後，static在C中有了第二種含義：用來表示不能被其它檔案訪問的全域變數和函數。為了避免引入新的關鍵字，所以仍使用static關鍵字來表示這第二種含義。最後，C++重用了這個關鍵字，並賦予它與前面不同的第三種含義：表示屬於一個類而不是屬於此類的任何特定對象的變數和函數(與Java中此關鍵字的含義相同)。

全域變數、靜態全域變數、靜態局部變數和局部變數的區別

變數可以分為：全域變數、靜態全域變數、靜態局部變數和局部變數。

(1) 按儲存地區分，全域變數、靜態全域變數和靜態局部變數都存放在記憶體的靜態儲存地區，局部變數存放在記憶體的棧區。

(2) 按範圍分，  全域變數在整個工程檔案內都有效；靜態全域變數只在定義它的檔案內有效；靜態局部變數只在定義它的函數內有效，只是程式僅分配一次記憶體，函數返回後，該變數不會消失；局部變數在定義它的函數內有效，但是函數返回後失效。

     全域變數(外部變數)的說明之前再冠以static就構成了靜態全域變數。全域變數本身就是靜態儲存方式，靜態全域變數當然也是靜態儲存方式。這兩者在儲存方式上並無不同。這兩者的區別雖在於非靜態全域變數的範圍是整個來源程式，當一個來源程式由多個源檔案組成時，非靜態全域變數在各個源檔案中都是有效。 而靜態全域變數則限制了其範圍，即只在定義該變數的源檔案內有效，在同一來源程式的其它源檔案中不能使用它。由於靜態全域變數的範圍局限於一個源檔案內，只能為該源檔案內的函數公用，因此可以避免在其它源檔案中引起錯誤。

    從以上分析可以看出， 把局部變數改變為靜態變數後是改變了它的儲存方式即改變了它的生存期。把全域變數改變為靜態變數後是改變了它的範圍， 限制了它的使用範圍。

(1) static 函數與普通函數範圍不同。僅在本檔案。只在當前源檔案中使用的函數應該說明為內建函式(static)，內建函式應該在當前源檔案中說明和定義。對於可在當前源檔案以外使用的函數，應該在一個標頭檔中說明，要使用這些函數的源檔案要包含這個標頭檔

(2) static全域變數與普通的全域變數有什麼區別：static全域變數只初始化一次，防止在其他檔案單元中被引用;

(3) static局部變數和普通局部變數有什麼區別：static局部變數只被初始化一次，下一次依據上一次結果值；
(4) static函數與普通函數有什麼區別：static函數在記憶體中只有一份，普通函數在每個被調用中維持一份拷貝.
(5) 全域變數和靜態變數如果沒有手工初始化，則由編譯器初始化為0。局部變數的值不可知。

5. C++的static

    C++的static有兩種用法：面向過程程式設計的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。

(1)、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： 

//Example 1

#include <iostream.h>

void fn();

static int n; //定義靜態全域變數

void main()

{

 n=20;

 cout<<n<<endl;

 fn();

}

void fn()

{

 n++;

 cout<<n<<endl;

}

    靜態全域變數有以下特點：  

 i )  該變數在全域資料區分配記憶體；
  ii )  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）；  
  iii ) 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 

 static int n; //定義靜態全域變數

改為 

 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： 

1) 靜態全域變數不能被其它檔案所用；  

2) 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：

//Example 2

//File1

#include <iostream.h>

void fn();

static int n; //定義靜態全域變數

void main()

{

 n=20;

 cout<<n<<endl;

 fn();

}

//File2

#include <iostream.h>

extern int n;

void fn()

{

 n++;

 cout<<n<<endl;

}

    編譯並運行Example 2，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  

static int n; //定義靜態全域變數

改為  

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： 

//Example 3

#include <iostream.h>

void fn();

void main()

{

 fn();

 fn();

 fn();

}

void fn()

{

 static 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。但是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