【学习笔记】C++ 中 static 关键字的作用

目录

  • 前言
  • static 作用在变量上
    • static 作用在全局变量上
    • static 作用在局部变量上
    • static 作用在成员变量上
  • static 作用在函数上
    • static 作用在函数上
    • static 作用在成员函数上

前言

在 C/C++ 中,关键字 static 在不同的应用场景下,有不同的作用,这里总结一下,避免在使用时弄混。

我按照以下的逻辑来分类 static 的作用场景

  1. static 作用在变量上
    1. static 作用在全局变量上:限制全局变量在本文件上
    2. static 作用在局部变量上:即使离开变量作用域,也保存变量值,比如用作计数器
    3. static 作用在成员变量上 :对象间共享该变量
  2. static 作用在函数上
    1. static 作用在函数上:函数可见性限制在本文件中(即使函数被声明在头文件,引用该头文件的其他 cpp 文件也无法使用该函数)
    2. static 作用在成员函数

static 作用在变量上

static 作用在全局变量上

对于普通的全局变量来说,同一项目中的其他文件也可访问相同的全局变量,若为了限制全局变量在本文件中,则需要在这个全局变量上加一个 static,这样该变量就只能在本文件可见。

我们先来演示一下,如何在一个文件中使用另一个文件的全局变量。

假设有 a.cppb.cpp,我们在 b 中定义一个全局变量 staticValue,然后在 a 中打印出来。

// b.cpp
// 全局变量
int staticValue = 10;void staticMain() {// ...
}
// a.cpp
#include <iostream>
using namespace std;// 必须通过 extern 关键字在整个项目搜索 staticValue
extern int staticValue;int main()
{cout << "在 a.cpp 中可见:" << staticValue << endl; // 在 a.cpp 中可见:10
}

显然我们成功在 a 文件中使用到了 b 文件内定义的全局变量。

现在,我希望将 staticValue 的全局可见性,限制在 b 文件内,不让其他文件也可以访问,于是我在 b 的 staticValue 前加上 static 关键字

// b.cpp
// 全局变量
static int staticValue = 10;void staticMain() {// ...
}

将代码如上修改后,当我们再次运行时,程序会在链接阶段报错,报错信息如下,根据描述可见在 aobj 文件(汇编后生成的对象文件)里没有解析到 staticValue 这个变量,达到了我们限制全局变量在本文件内的目的
在这里插入图片描述

static 作用在局部变量上

static 作用在局部变量上,即使离开变量作用域,也保存变量值,比如用作计数器。效果如下面的代码所示

可以看到,num 的值是逐渐累加的过程

#include <stdio.h>void count();int main(void)
{int i=0;for (i = 0;i <= 5;i++){count();}return 0;
}
void count()
{/*声明一个静态局部变量*/static int num = 0;num++;printf("%d\n",num); // 1 2 3 4 5 6
}

static 作用在成员变量上

在这种情况下,static 标记的变量可以在多个对象之间共享该变量,在底层上,因为 static 标记的变量并非存在于对象的内存空间,而是存在于数据区中(这涉及到 C 语言的内存布局)。

具体的效果如下面代码所示,我们声明了 3 个学生对象,分别是 zhangsan,lisi 和 wangwu,并在定义他们的时候给他们传入了各自的初始分数,最终求得三个人的总分。

#include <iostream>
using namespace std;class student {
private:static int sumScore;int myScore;
public:student(int m):myScore(m){sumScore += myScore;}int getSumScore() {return sumScore;}
};int student::sumScore = 0; // 静态成员变量必须在类外被初始化int main()
{student zhangsan(10);student lisi(20);student wangwu(30);cout << wangwu.getSumScore() << endl; // 60return 0;
}

关于 static 在修饰成员变量时的注意事项

  1. static 修饰的成员变量属于类,在对象间共享,因此某个对象修改了该变量,对其他对象也是可见的
  2. 静态成员变量的初始化必须要在类外,如上面的代码所示
  3. 静态成员变量的内存分配是发生在类外初始化的时候,而不是类或者对象创建的时候
  4. 静态成员变量可以通过类,也可以通过对象来访问,但必须遵守访问可见性(publicprivateprotected

static 作用在函数上

static 作用在函数上

它起到的效果和 static 作用在全局变量上类似,将函数的可见性限制在本文件内。

这里我们直接举被 static 修饰的函数的例子。

假设在 b.cpp 中我们定义了一个 bMain() 的函数,在 b.h 的头文件中进行声明,在 a.cpp 中引入这个头文件,并调用 bMain(),那么是可以正常调用的。

现在,我们在 b.cpp 中,在 bMain() 前加上一个 static 关键字,那么 a.cpp 就不能在调用了。

// b.cpp
#include <iostream>
using namespace std;static void bMain() {cout << "bMain" << endl;
}
// b.hpp
void bMain();
// a.cpp
#include "b.hpp"int main()
{bMain();return 0;
}

执行上述代码,我们可以看到和 “static 作用在全局变量上” 小节类似的报错问题
在这里插入图片描述

static 作用在成员函数上

静态成员函数具有和静态成员变量类似的性质和作用,一般可以用这种方式来确定类创建了多少个对象

  1. 静态成员函数在对象之间共享,或者说它独立于对象之外
  2. 可以通过对象来调用静态成员函数,也可以通过类名来调用静态成员函数
  3. 静态成员函数可以访问静态成员变量或其他静态成员函数,但不能使用当前对象指针
#include <iostream>
using namespace std;class student {
private:static int sumObj;
public:student() {sumObj += 1;}static int getObjNum() {return sumObj;}
};int student::sumObj = 0; // 静态成员变量必须在类外被初始化int main()
{student zhangsan;student lisi;student wangwu;cout << "student 有几个对象? " << student::getObjNum() << endl; // 3return 0;
}

可以看到,最终我们输出了 3 个对象

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