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[C++知识库]C++ Static 详解

static关键字的作用

函数内部定义的变量,当程序执行到它的定义处时,编译器为它在栈上分配空间,函数在栈上分配的空间在此函数执行结束时会释放掉,这样就产生了一个问题: 如果想将函数中此变量的值保存至下一次调用时,如何实现? 最容易想到的方法是定义为全局的变量,但定义一个全局变量有许多缺点,最明显的缺点是破坏了此变量的访问范围(使得在此函数中定义的变量,不仅仅只受此函数控制)。static 关键字则可以很好的解决这个问题。另外,在 C++ 中,需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务,同时又力求不破坏类的封装性,即要求此成员隐藏在类的内部,对外不可见时,可将其定义为静态数据

在变量前面加上static关键字。初始化的静态变量会在数据段分配内存,未初始化的静态变量会在BSS段分配内存。直到程序结束,静态变量始终会维持前值。只不过全局静态变量和局部静态变量的作用域不一样。
在这里插入图片描述

  • .text: 已编译程序的机器代码;
  • .rodate:只读数据,比如printf中的格式串和开关语句跳转表;
  • .data:已经初始化的全局变量和静态C变量。
  • .bss:未初始化的全局和静态C变量,已经所有被初始化为0的全局或静态变量。在目标文件中这个节不占据实际的空间,它仅仅是一个占位符。目标文件格式区分已初始化和未初始化变量是为了空间效率。在目标文件中,未初始化变量不需要占据任何实际的磁盘空间。运行时,在内存中分配这些变量,初始值为0。
  • .symtab:一个符号表,它存放在程序中定义和引用的函数和全局变量的信息。一些程序员错误地认为必须通过-g选项来编译一个程序,才能得到符号表信息。实际上,每个可重定位目标文件在.symtab中都有一张符号表(除非程序员特意用STRIP命令去掉它)。然而,和编译器中的符号表不同,.symtab符号表不包含局部变量的条目。
  • .rel.text: 一个.text节中位置的列表,当链接器把这个目标文件和其他文件组合时,需要修改这些位置。一般而言,任何调用外部函数或者引用全局变量的指令都需要修改。另一方面,调用本地函数的指令则不需要修改。注意,可执行目标文件中并不需要重定位信息,因此通常省略,除非用户显式地指示链接器包含这些信息。
  • .rel.data:被模块引用或定义的所有全局变量的重定位信息。一般而言,任何已初始化的全局变量,如果它的初始值是一个全局变量地址或者外部定义函数的地址,都需要被修改。

在C++中static的作用
(1)在修饰变量的时候,static 修饰的静态局部变量只执行初始化一次,而且延长了局部变量的生命周期,直到程序运行结束以后才释放
(2)static 修饰全局变量的时候,这个全局变量只能在本文件中访问,不能在其它文件中访问,即便是 extern 外部声明也不可以。
(3)static 修饰一个函数,则这个函数的只能在本文件中调用,不能被其他文件调用。static 修饰的变量存放在全局数据区的静态变量区,包括全局静态变量和局部静态变量,都在全局数据区分配内存。初始化的时候自动初始化为 0。
(4)不想被释放的时候,可以使用static修饰。比如修饰函数中存放在栈空间的数组。如果不想让这个数组在函数调用结束释放可以使用 static 修饰。
(5)考虑到数据安全性(当程序想要使用全局变量的时候应该先考虑使用 static)

静态全局变量有以下特点:

(1)静态变量都在全局数据区分配内存;
(2)未经初始化的静态全局变量会被程序自动初始化为0(在函数体内声明的自动变量的值是随机的,除非它被显式初始化,而在函数体外被声明的自动变量也会被初始化为 0);
(3)静态全局变量在声明它的整个文件都是可见的,而在文件之外是不可见的。

全局变量和全局静态变量的区别
1)全局变量是不显式用 static 修饰的全局变量,全局变量默认是有外部链接性的,作用域是整个工程,在一个文件内定义的全局变量,在另一个文件中,通过 extern 全局变量名的声明,就可以使用全局变量。
2)全局静态变量是显式用 static 修饰的全局变量,作用域是声明此变量所在的文件,其他的文件即使用 extern 声明也不能使用。

静态局部变量有以下特点:
(1)该变量在全局数据区分配内存;
(2)静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化,即以后的函数调用不再进行初始化;
(3)静态局部变量一般在声明处初始化,如果没有显式初始化,会被程序自动初始化为 0;
(4)它始终驻留在全局数据区,直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域,当定义它的函数或语句块结束时,其作用域随之结束。
一般程序把新产生的动态数据存放在堆区函数内部的自动变量存放在栈区。自动变量一般会随着函数的退出而释放空间,静态数据(即使是函数内部的静态局部变量)也存放在全局数据区。全局数据区的数据并不会因为函数的退出而释放空间。

结论 1: 不能通过类名来调用类的非静态成员函数。
结论 2: 类的对象可以使用静态成员函数和非静态成员函数。
结论 3: 静态成员函数中不能引用非静态成员。
结论 4: 类的非静态成员函数可以调用用静态成员函数,但反之不能。
结论 5: 类的静态成员变量必须先初始化再使用。

总结
静态资源属于类,但是是独立于类存在的。从 J 类的加载机制的角度讲,静态资源是类初始化的时候加载的,而非静态资源是类实例化对象的时候加载的。 类的初始化早于类实例化对象,比如 Class.forName(“xxx”) 方法,就是初始化了一个类,但是并没有实例化对象,只是加载这个类的静态资源罢 了。所以对于静态资源来说,它是不可能知道一个类中有哪些非静态资源的;但是对于非静态资源来说就不一样了,由于它是实例化对象出来之后产生的,因此属于类的这些东西它都能认识。

对于C语言的全局和静态变量,初始化发生在任何代码执行之前,属于编译期初始化。
而C++标准规定:全局或静态对象当且仅当对象首次用到时才进行构造。

作用域:C++里作用域可分为6种:全局,局部,类,语句,命名空间和文件作用域。
静态全局变量 :全局作用域+文件作用域,所以无法在其他文件中使用。
静态局部变量 :局部作用域,只被初始化一次,直到程序结束。
类静态成员变量:类作用域。
所在空间:都在静态存储区。因为静态变量都在静态存储区,所以下次调用函数的时候还是能取到原来的值。
生命周期:静态全局变量、静态局部变量都在静态存储区,直到程序结束才会回收内存。类静态成员变量在静态存储区,当超出类作用域时回收内存。

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