static關(guān)鍵字是C, C++中都存在的關(guān)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(xì)微操作不盡相同, 本文以C++為準(zhǔn)).
(1)局部靜態(tài)變量
(2)外部靜態(tài)變量/函數(shù)
(3)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員/成員函數(shù)
下面就這三種使用方式及注意事項分別說明
一、局部靜態(tài)變量
在C/C++中, 局部變量按照存儲形式可分為三種auto, static, register
( 譚浩強(qiáng), 第174-175頁)
與auto類型(普通)局部變量相比, static局部變量有三點不同
1. 存儲空間分配不同
auto類型分配在棧上, 屬于動態(tài)存儲類別, 占動態(tài)存儲區(qū)空間, 函數(shù)調(diào)用結(jié)束后自動釋放, 而static分配在靜態(tài)存儲區(qū), 在程序整個運(yùn)行期間都不釋放. 兩者之間的作用域相同, 但生存期不同.
2. static局部變量在所處模塊在初次運(yùn)行時進(jìn)行初始化工作, 且只操作一次
3. 對于局部靜態(tài)變量, 如果不賦初值, 編譯期會自動賦初值0或空字符, 而auto類型的初值是不確定的. (對于C++中的class對象例外, class的對象實例如果不初始化, 則會自動調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù), 不管是否是static類型)
特點: static局部變量的”記憶性”與生存期的”全局性”
所謂”記憶性”是指在兩次函數(shù)調(diào)用時, 在第二次調(diào)用進(jìn)入時, 能保持第一次調(diào)用退出時的值.
示例程序一
#include
using namespace std;
void staticLocalVar()
{
static int a = 0; // 運(yùn)行期時初始化一次, 下次再調(diào)用時, 不進(jìn)行初始化工作
cout < < "a= " <
++a;
}
int main()
{
staticLocalVar(); // 第一次調(diào)用, 輸出a=0
staticLocalVar(); // 第二次調(diào)用, 記憶了第一次退出時的值, 輸出a=1
return 0;
}
應(yīng)用:
利用”記憶性”, 記錄函數(shù)調(diào)用的次數(shù)(示例程序一)
利用生存期的”全局性”, 改善”return a pointer / reference to a local object”的問題. Local object的問題在于退出函數(shù), 生存期即結(jié)束,. 利用static的作用, 延長變量的生存期.
示例程序二:
// IP address to string format
// Used in Ethernet Frame and IP Header analysis
const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
{
static char strBuff[16]; // static局部變量, 用于返回地址有效
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”, 程序運(yùn)行很重要的一點就是可重復(fù)性, 而static變量的”記憶性”破壞了這種可重復(fù)性, 造成不同時刻至運(yùn)行的結(jié)果可能不同.
2. “生存期”全局性和唯一性. 普通的local變量的存儲空間分配在stack上, 因此每次調(diào)用函數(shù)時, 分配的空間都可能不一樣, 而static具有全局唯一性的特點, 每次調(diào)用時, 都指向同一塊內(nèi)存, 這就造成一個很重要的問題 ---- 不可重入性!!!
這樣在多線程程序設(shè)計或遞歸程序設(shè)計中, 要特別注意這個問題.
(不可重入性的例子可以參見 (影印版)第103-105頁)
下面針對示例程序二, 分析在多線程情況下的不安全性.(為方便描述, 標(biāo)上行號)
① const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
② {
③ static char strBuff[16]; // static局部變量, 用于返回地址有效
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(shè)現(xiàn)在有兩個線程A,B運(yùn)行期間都需要調(diào)用IpToStr()函數(shù), 將32位的IP地址轉(zhuǎn)換成點分10進(jìn)制的字符串形式. 現(xiàn)A先獲得執(zhí)行機(jī)會, 執(zhí)行IpToStr(), 傳入的參數(shù)是0x0B090A0A, 順序執(zhí)行完應(yīng)該返回的指針存儲區(qū)內(nèi)容是:”10.10.9.11”, 現(xiàn)執(zhí)行到⑥時, 失去執(zhí)行權(quán), 調(diào)度到B線程執(zhí)行, B線程傳入的參數(shù)是0xA8A8A8C0, 執(zhí)行至⑦, 靜態(tài)存儲區(qū)的內(nèi)容是192.168.168.168. 當(dāng)再調(diào)度到A執(zhí)行時, 從⑥繼續(xù)執(zhí)行, 由于strBuff的全局唯一性, 內(nèi)容已經(jīng)被B線程沖掉, 此時返回的將是192.168.168.168字符串, 不再是10.10.9.11字符串.
二、外部靜態(tài)變量／函數(shù)
在C中static有了第二種含義：用來表示不能被其它文件訪問的全局變量和函數(shù)。, 但為了限制全局變量/函數(shù)的作用域, 函數(shù)或變量前加static使得函數(shù)成為靜態(tài)函數(shù)。但此處“static”的含義不是指存儲方式，而是指對函數(shù)的作用域僅局限于本文件(所以又稱內(nèi)部函數(shù))。注意此時, 對于外部(全局)變量, 不論是否有static限制, 它的存儲區(qū)域都是在靜態(tài)存儲區(qū), 生存期都是全局的. 此時的static只是起作用域限制作用, 限定作用域在本模塊(文件)內(nèi)部.
使用內(nèi)部函數(shù)的好處是：不同的人編寫不同的函數(shù)時，不用擔(dān)心自己定義的函數(shù)，是否會與其它文件中的函數(shù)同名。
示例程序三:
//file1.cpp
static int varA;
int varB;
extern void funA()
{
……
}
static void funB()
{
……
}
//file2.cpp
extern int varB; // 使用file1.cpp中定義的全局變量
extern int varA; // 錯誤! varA是static類型, 無法在其他文件中使用
extern vod funA(); // 使用file1.cpp中定義的函數(shù)
extern void funB(); // 錯誤! 無法使用file1.cpp文件中static函數(shù)
三、靜態(tài)數(shù)據(jù)成員／成員函數(shù)(C++特有)
C++重用了這個關(guān)鍵字，并賦予它與前面不同的第三種含義：表示屬于一個類而不是屬于此類的任何特定對象的變量和函數(shù). 這是與普通成員函數(shù)的最大區(qū)別, 也是其應(yīng)用所在, 比如在對某一個類的對象進(jìn)行計數(shù)時, 計數(shù)生成多少個類的實例, 就可以用到靜態(tài)數(shù)據(jù)成員. 在這里面, static既不是限定作用域的, 也不是擴(kuò)展生存期的作用, 而是指示變量/函數(shù)在此類中的唯一性. 這也是”屬于一個類而不是屬于此類的任何特定對象的變量和函數(shù)”的含義. 因為它是對整個類來說是唯一的, 因此不可能屬于某一個實例對象的. (針對靜態(tài)數(shù)據(jù)成員而言, 成員函數(shù)不管是否是static, 在內(nèi)存中只有一個副本, 普通成員函數(shù)調(diào)用時, 需要傳入this指針, static成員函數(shù)調(diào)用時, 沒有this指針. )
請看示例程序四( (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, 靜態(tài)數(shù)據(jù)成員numTargets就是用來計數(shù)產(chǎn)生的對象個數(shù)的.
另外, 在設(shè)計類的多線程操作時, 由于POSIX庫下的線程函數(shù)pthread_create()要求是全局的, 普通成員函數(shù)無法直接做為線程函數(shù), 可以考慮用Static成員函數(shù)做線程函數(shù). |
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