C語言中的static 詳細分析

　　C語言代碼是以檔案為單位來組織的，在一個來源程式的所有源檔案中，一個外部變數（注意不是局部變數）或者函數只能在一個來源程式中定義一次，如果有重複定義的話編譯器就會報錯。伴隨著不同源檔案變數和函數之間的相互引用以及相互獨立的關係，產生了extern和static關鍵字。

        下面，詳細分析一下static關鍵字在編寫程式時有的三大類用法：

        一，static全域變數

           我們知道，一個進程在記憶體中的布局1所示：

      其中.text段儲存進程所執行的程式二進位檔案，.data段儲存進程所有的已初始化的全域變數，.bss段儲存進程未初始化的全域變數（其他段中還有很多亂七八糟的段，暫且不表）。在進程的整個生命週期中，.data段和.bss段內的資料時跟整個進程同生共死的，也就是在進程結束之後這些資料才會壽終就寢。

     當一個進程的全域變數被聲明為static之後，它的中文名叫靜態全域變數。靜態全域變數和其他的全域變數的儲存地點並沒有區別，都是在.data段（已初始化）或者.bss段（未初始化）內，但是它只在定義它的源檔案內有效，其他源檔案無法訪問它。所以，普通全域變數穿上static外衣後，它就變成了新娘，已心有所屬，只能被定義它的源檔案（新郎）中的變數或函數訪問。

以下是一些樣本程式

file1.h如下：

1. #include <stdio.h>  
2.   
3. void printStr();  

我們在file1.c中定義一個靜態全域變數hello, 供file1.c中的函數printStr訪問.

1. #include "file1.h"  
2.   
3. static char* hello = "hello cobing!";  
4.   
5. void printStr()  
6. {  
7.     printf("%s\n", hello);  
8. }  

file2.c是我們的主程式所在檔案，file2.c中如果引用hello會編譯出錯

1. #include "file1.h"  
2.   
3. int main()  
4. {  
5.     printStr();  
6.     printf("%s\n", hello);  
7.     return 0;  
8. }  

報錯如下：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file2.c: In function ‘main’:
file2.c:6: 錯誤：‘hello’ 未聲明 (在此函數內第一次使用)
file2.c:6: 錯誤：(即使在一個函數內多次出現，每個未聲明的標識符在其
file2.c:6: 錯誤：所在的函數內只報告一次。)

如果我們將file2.c改為下面的形式：

 

1. #include "file1.h"  
2.   
3. int main()  
4. {  
5.     printStr();  
6.     return 0;  
7. }  

則會順利編譯串連。

運行程式後的結果如下：
[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
hello cobing!

上面的例子中，file1.c中的hello就是一個靜態全域變數，它可以被同一檔案中的printStr調用，但是不能被不同源檔案中的file2.c調用。

 

      二，static局部變數

      普通的局部變數在棧空間上分配，這個局部變數所在的函數被多次調用時，每次調用這個局部變數在棧上的位置都不一定相同。局部變數也可以在堆上動態分配，但是記得使用完這個堆空間後要釋放之。

       static局部變數中文名叫靜態局部變數。它與普通的局部變數比起來有如下幾個區別：

           1）位置：靜態局部變數被編譯器放在全域儲存區.data（注意：不在.bss段內，原因見3）），所以它雖然是局部的，但是在程式的整個生命週期中存在。

           2）存取權限：靜態局部變數只能被其範圍內的變數或函數訪問。也就是說雖然它會在程式的整個生命週期中存在，由於它是static的，它不能被其他的函數和源檔案訪問。

           3）值：靜態局部變數如果沒有被使用者初始化，則會被編譯器自動賦值為0，以後每次調用靜態局部變數的時候都用上次調用後的值。這個比較好理解，每次函數調用靜態局部變數的時候都修改它然後離開，下次讀的時候從全域儲存區讀出的靜態局部變數就是上次修改後的值。
以下是一些樣本程式：

     file1.h的內容和上例中的相同，file1.c的內容如下：

 

1. #include "file1.h"  
2.   
3. void printStr()  
4. {  
5.     int normal = 0;  
6.     static int stat = 0;    //this is a static local var  
7.     printf("normal = %d ---- stat = %d\n",normal, stat);  
8.     normal++;  
9.     stat++;  
10. }  

為了便於比較，我定義了兩個變數：普通局部變數normal和靜態局部變數stat，它們都被賦予初值0；

file2.c中調用file1.h：

 

1. #include "file1.h"  
2.   
3. int main()  
4. {  
5.  printStr();  
6.  printStr();  
7.  printStr();  
8.  printStr();  
9.  printf("call stat in main: %d\n",stat);  
10.  return 0;  
11. }  

這個調用會報錯，因為file2.c中引用了file1.c中的靜態局部變數stat，如下：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file2.c: In function ‘main’:
file2.c:9: 錯誤：‘stat’ 未聲明 (在此函數內第一次使用)
file2.c:9: 錯誤：(即使在一個函數內多次出現，每個未聲明的標識符在其
file2.c:9: 錯誤：所在的函數內只報告一次。)

編譯器說stat未聲明，這是因為它看不到file1.c中的stat，下面注掉這一行：

 

1. #include "file1.h"  
2.   
3. int main()  
4. {  
5.     printStr();  
6.     printStr();  
7.     printStr();  
8.     printStr();  
9. //  printf("call stat in main: %d\n",stat);  
10.     return 0;  
11. }  

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
normal = 0 ---- stat = 0
normal = 0 ---- stat = 1
normal = 0 ---- stat = 2
normal = 0 ---- stat = 3
運行如上所示。可以看出，函數每次被調用，普通局部變數都是重新分配，而靜態局部變數保持上次調用的值不變。

需要注意的是由於static局部變數的這種特性，使得含靜態局部變數的函數變得不可重新進入，即每次調用可能會產生不同的結果。這在多線程編程時可能會成為一種隱患。需要多加註意。

       三，static函數
              相信大家還記得C++物件導向編程中的private函數，私人函數只有該類的成員變數或成員函數可以訪問。在C語言中，也有“private函數”，它就是接下來要說的static函數，完成物件導向編程中private函數的功能。

            當你的程式中有很多個源檔案的時候，你肯定會讓某個源檔案只提供一些外界需要的介面，其他的函數可能是為了實現這些介面而編寫，這些其他的函數你可能並不希望被外界（非本源檔案）所看到，這時候就可以用static修飾這些“其他的函數”。

           所以static函數的範圍是本源檔案，把它想象為物件導向中的private函數就可以了。

下面是一些樣本：

file1.h如下：

 

1. #include <stdio.h>  
2.   
3. static int called();  
4. void printStr();  

file1.c如下：

 

1. #include "file1.h"  
2.   
3. static int called()  
4. {  
5.     return 6;  
6. }  
7. void printStr()  
8. {  
9.     int returnVal;  
10.     returnVal = called();  
11.     printf("returnVal=%d\n",returnVal);  
12. }  

file2.c中調用file1.h中聲明的兩個函數，此處我們故意調用called():

 

1. #include "file1.h"  
2.   
3. int main()  
4. {  
5.     int val;  
6.     val = called();  
7.     printStr();  
8.     return 0;  
9. }  

編譯時間會報錯：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file1.h:3: 警告：‘called’ 使用過但從未定義
/tmp/ccyLuBZU.o: In function `main':
file2.c:(.text+0x12): undefined reference to `called'
collect2: ld 返回 1
因為引用了file1.h中的static函數，所以file2.c中提示找不到這個函數:undefined reference to 'called'

下面修改file2.c:

 

1. #include "file1.h"  
2.   
3. int main()  
4. {  
5.     printStr();  
6.     return 0;  
7. }  

編譯運行：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
returnVal=6

       static函數可以很好地解決不同原檔案中函數同名的問題，因為一個源檔案對於其他源檔案中的static函數是不可見的。