C/C++static關鍵字詳解（轉自：帥得不敢出門 ）

static關鍵字是C, C++中都存在的關鍵字, 它主要有三種使用方式, 其中前兩種只指在C語言中使用, 第三種在C++中使用(C,C++中具體細微操作不盡相同, 本文以C++為準). 
(1)局部靜態變數 
(2)外部靜態變數/函數 
(3)待用資料成員/成員函數 
下面就這三種使用方式及注意事項分別說明 

一、局部靜態變數 
在C/C++中, 局部變數按照儲存形式可分為三種auto, static, register 
( <C語言程式設計(第二版)>譚浩強, 第174-175頁) 
與auto類型(普通)局部變數相比, static局部變數有三點不同 
1. 儲存空間分配不同 
auto類型分配在棧上, 屬於動態儲存裝置類別, 占動態儲存裝置區空間, 函數調用結束後自動釋放, 而static分配在靜態儲存區, 在程式整個運行期間都不釋放. 兩者之間的範圍相同, 但生存期不同. 
2. static局部變數在所處模組在初次運行時進行初始化工作, 且只操作一次 
3. 對於局部靜態變數, 如果不賦初值, 編譯期會自動賦初值0或Null 字元, 而auto類型的初值是不確定的. (對於C++中的class對象例外, class的對象執行個體如果不初始化, 則會自動調用預設建構函式, 不管是否是static類型) 

特點: static局部變數的”記憶性”與生存期的”全域性” 
所謂”記憶性”是指在兩次函數調用時, 在第二次調用進入時, 能保持第一次調用退出時的值.  
樣本程式一 
#include  <iostream> 

using namespace std; 

void staticLocalVar() 
{ 
 static int a = 0; // 運行期時初始化一次, 下次再調用時, 不進行初始化工作 
 cout < <"a=" < <a < <endl; 
 ++a; 
} 

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

應用: 
 利用”記憶性”, 記錄函數調用的次數(樣本程式一) 
   利用生存期的”全域性”, 改善”return a pointer / reference to a local object”的問題. Local object的問題在於退出函數, 生存期即結束,. 利用static的作用, 延長變數的生存期. 
樣本程式二: 
// IP address to string format 
// Used in Ethernet Frame and IP Header analysis 
const char * IpToStr(UINT32 IpAddr) 
{ 
 static char strBuff[16]; // static局部變數, 用於返回地址有效 
 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: 
1. “記憶性”, 程式運行很重要的一點就是可重複性, 而static變數的”記憶性”破壞了這種可重複性, 造成不同時刻至啟動並執行結果可能不同. 
2. “生存期”全域性和唯一性. 普通的local變數的儲存空間分配在stack上, 因此每次調用函數時, 分配的空間都可能不一樣, 而static具有全域唯一性的特點, 每次調用時, 都指向同一塊記憶體, 這就造成一個很重要的問題 ---- 不可重新進入性!!! 
這樣在多線程程式設計或遞迴程式設計中, 要特別注意這個問題. 
(不可重新進入性的例子可以參見 <effective C++ (2nd)>(影印版)第103-105頁) 
下面針對樣本程式二, 分析在多線程情況下的不安全性.(為方便描述, 標上行號) 
① const char * IpToStr(UINT32 IpAddr) 
② { 
③  static char strBuff[16]; // static局部變數, 用於返回地址有效 
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 } 
假設現在有兩個線程A,B運行期間都需要調用IpToStr()函數, 將32位的IP地址轉換成點分10進位的字串形式. 現A先獲得執行機會, 執行IpToStr(), 傳入的參數是0x0B090A0A, 順序執行完應該返回的指標儲存區內容是:”10.10.9.11”, 現執行到⑥時, 失去執行權, 調度到B線程執行, B線程傳入的參數是0xA8A8A8C0, 執行至⑦, 靜態儲存區的內容是192.168.168.168. 當再調度到A執行時, 從⑥繼續執行, 由於strBuff的全域唯一性, 內容已經被B線程衝掉, 此時返回的將是192.168.168.168字串, 不再是10.10.9.11字串. 

二、外部靜態變數／函數 
在C中static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。, 但為了限制全域變數/函數的範圍, 函數或變數前加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)。注意此時, 對於外部(全域)變數, 不論是否有static限制, 它的儲存地區都是在靜態儲存區, 生存期都是全域的. 此時的static只是起範圍限制作用, 限定範圍在本模組(檔案)內部. 
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。 
樣本程式三: 
  
//file1.cpp 

static int varA; 
int varB; 
extern void funA() 
{ 
…… 
} 

static void funB() 
{ 
…… 
} 

//file2.cpp 

extern int varB; // 使用file1.cpp中定義的全域變數 
extern int varA; // 錯誤! varA是static類型, 無法在其他檔案中使用 
extern vod funA(); // 使用file1.cpp中定義的函數 
extern void funB(); // 錯誤! 無法使用file1.cpp檔案中static函數 

  

三、待用資料成員／成員函數(C++特有) 
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. 這是與普通成員函數的最大區別, 也是其應用所在, 比如在對某一個類的對象進行計數時, 計數產生多少個類的執行個體, 就可以用到待用資料成員. 在這裡面, static既不是限定範圍的, 也不是擴充生存期的作用, 而是指示變數/函數在此類中的唯一性. 這也是”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”的含義. 因為它是對整個類來說是唯一的, 因此不可能屬於某一個執行個體對象的. (針對待用資料成員而言, 成員函數不管是否是static, 在記憶體中只有一個副本, 普通成員函數調用時, 需要傳入this指標, static成員函數調用時, 沒有this指標. ) 
請看樣本程式四( <effective c++ (2nd)>(影印版)第59頁) 
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; 

在這個例子中, 待用資料成員numTargets就是用來計數產生的對象個數的. 
另外, 在設計類的多線程操作時, 由於POSIX庫下的線程函數pthread_create()要求是全域的, 普通成員函數無法直接做為線程函數, 可以考慮用Static成員函數做線程函數.   ==============================靜態類成員包括待用資料成員和靜態函數成員兩部分。  
   
      一   待用資料成員：  
   
      類體中的資料成員的聲明前加上static關鍵字，該資料成員就成為了該類的待用資料成員。和其他資料成員一樣，待用資料成員也遵守public/protected/private訪問規則。同時，待用資料成員還具有以下特點：  
   
        1.待用資料成員的定義。  
            待用資料成員實際上是類域中的全域變數。所以，待用資料成員的定義(初始化)不應該被放在標頭檔中。  
        其定義方式與全域變數相同。舉例如下：  
   
        xxx.h檔案  
        class   base{  
            private:  
            static   const   int   _i;//聲明，標準c++支援有序類型在類體中初始化,但vc6不支援。  
        };    
   
        xxx.cpp檔案  
        const   int   base::_i=10;//定義(初始化)時不受private和protected訪問限制.  
   
        註：不要試圖在標頭檔中定義(初始化)待用資料成員。在大多數的情況下，這樣做會引起重複定義這樣的錯誤。即使加上#ifndef   #define   #endif或者#pragma   once也不行。  
   
        2.待用資料成員被 類 的所有對象所共用，包括該類衍生類別的對象。即衍生類別對象與基類對象共用基類的待用資料成員。舉例如下：  
        class   base{  
              public   :  
              static   int   _num;//聲明  
        };  
        int   base::_num=0;//待用資料成員的真正定義  
   
        class   derived:public   base{  
        };  
   
        main()  
        {  
            base   a;  
            derived   b;  
            a._num++;  
            cout<<"base   class   static   data   number   _num   is"<<a._num<<endl;  
            b._num++;  
            cout<<"derived   class   static   data   number   _num   is"<<b._num<<endl;  
        }  
        //   結果為1,2;可見衍生類別與基類共用一個待用資料成員。  
   
      3.待用資料成員可以成為成員函數的選擇性參數，而普通資料成員則不可以。舉例如下：  
      class   base{  
          public   :  
          static   int   _staticVar;  
          int   _var;  
          void   foo1(int   i=_staticVar);//正確,_staticVar為待用資料成員  
          void   foo2(int   i=_var);//錯誤,_var為普通資料成員  
      };          
       
    4.★待用資料成員的類型可以是所屬類的類型，而普通資料成員則不可以。普通資料成員的只能聲明為   所屬類類型的   指標或引用。舉例如下：  
       
      class   base{  
          public   :  
          static   base   _object1;//正確，待用資料成員  
          base   _object2;//錯誤  
          base   *pObject;//正確，指標  
          base   &mObject;//正確，引用  
      };  
   
    5.★這個特性，我不知道是屬於標準c++中的特性，還是vc6自己的特性。  
        待用資料成員的值在const成員函數中可以被合法的改變。舉例如下：  
   
      class   base{  
          public:  
          base(){_i=0;_val=0;}  
   
          mutable   int   _i;  
          static   int   _staticVal;    
          int   _val;  
          void   test()   const{//const   成員函數  
   
                _i++;//正確，mutable資料成員  
                _staticVal++;//正確，static資料成員  
                _val++;//錯誤  
   
          }  
      };  
      int   base::_staticVal=0;  
   
  二，靜態成員函數  
      靜態成員函數沒有什麼太多好講的。  
   
      1.靜態成員函數的地址可用普通函數指標儲存，而普通成員函數地址需要用   類成員函數指標來儲存。舉例如下：  
          class   base{  
              static   int   func1();  
              int   func2();  
          };  
   
          int   (*pf1)()=&base::func1;//普通的函數指標  
          int   (base::*pf2)()=&base::func2;//成員函數指標  
   
   
      2.靜態成員函數不可以調用類的非靜態成員。因為靜態成員函數不含this指標。  
   
      3.靜態成員函數不可以同時聲明為   virtual、const、volatile函數。舉例如下：  
        class   base{  
              virtual   static   void   func1();//錯誤  
              static   void   func2()   const;//錯誤  
              static   void   func3()   volatile;//錯誤  
        };  
   
   
  最後要說的一點是，靜態成員是可以獨立訪問的，也就是說，無須建立任何對象執行個體就可以訪問。