static 的用法全局变量与局部变量

2018-10-18 约 2823 字预计阅读 6 分钟次阅读

1. 什么是static?

static 是 C/C++ 中很常用的修饰符，它被用来控制变量的存储方式和可见性。

1.1 static 的引入

我们知道在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。

1.2 静态数据的存储

**全局（静态）存储区：**分为 DATA 段和 BSS 段。DATA 段（全局初始化区）存放初始化的全局变量和静态变量；BSS 段（全局未初始化区）存放未初始化的全局变量和静态变量。程序运行结束时自动释放。其中BBS段在程序执行之前会被系统自动清0，所以未初始化的全局变量和静态变量在程序执行之前已经为0。存储在静态数据区的变量会在程序刚开始运行时就完成初始化，也是唯一的一次初始化。

在 C++ 中 static 的内部实现机制：静态数据成员要在程序一开始运行时就必须存在。因为函数在程序运行中被调用，所以静态数据成员不能在任何函数内分配空间和初始化。

这样，它的空间分配有三个可能的地方，一是作为类的外部接口的头文件，那里有类声明；二是类定义的内部实现，那里有类的成员函数定义；三是应用程序的 main() 函数前的全局数据声明和定义处。

静态数据成员要实际地分配空间，故不能在类的声明中定义（只能声明数据成员）。类声明只声明一个类的"尺寸和规格”，并不进行实际的内存分配，所以在类声明中写成定义是错误的。它也不能在头文件中类声明的外部定义，因为那会造成在多个使用该类的源文件中，对其重复定义。

static 被引入以告知编译器，将变量存储在程序的静态存储区而非栈上空间，静态数据成员按定义出现的先后顺序依次初始化，注意静态成员嵌套时，要保证所嵌套的成员已经初始化了。消除时的顺序是初始化的反顺序。

**优势：**可以节省内存，因为它是所有对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供所有对象共用。静态数据成员的值对每个对象都是一样，但它的值是可以更新的。只要对静态数据成员的值更新一次，保证所有对象存取更新后的相同的值，这样可以提高时间效率。

2. 在 C/C++ 中static的作用

2.1 总的来说

（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）。

2.2 静态变量与普通变量

（1）静态变量都在全局数据区分配内存，包括后面将要提到的静态局部变量;

（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。 **优点：**静态全局变量不能被其它文件所用；其它文件中可以定义相同名字的变量，不会发生冲突。

（1）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

2.3 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。

看下面的例子：

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//example:
#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
int k1 = 1;
int k2;
static int k3 = 2;
static int k4;
int main()
{
    static int m1 = 2, m2;
    int i = 1;
    char*p;
    char str[10] = "hello";
    char*q = "hello";
    p = (char *)malloc(100);
    free(p);
    printf("栈区-变量地址    i：%p\n", &i);
    printf("栈区-变量地址   p：%p\n", &p);
    printf("栈区-变量地址 str：%p\n", str);
    printf("栈区-变量地址   q：%p\n", &q);
    printf("堆区地址-动态申请：%p\n", p);
    printf("全局外部有初值 k1：%p\n", &k1);
    printf("   外部无初值 k2：%p\n", &k2);
    printf("静态外部有初值 k3：%p\n", &k3);
    printf("   外静无初值 k4：%p\n", &k4);
    printf("  内静态有初值 m1：%p\n", &m1);
    printf("  内静态无初值 m2：%p\n", &m2);
    printf("    文字常量地址：%p, %s\n", q, q);
    printf("      程序区地址：%p\n", &main);
    return 0;
}

输出结果：

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栈区-变量地址    i：000000000062FE1C
栈区-变量地址   p：000000000062FE10
栈区-变量地址 str：000000000062FE00
栈区-变量地址   q：000000000062FDF8
堆区地址-动态申请：0000000000A313C0
全局外部有初值 k1：0000000000403010
   外部无初值 k2：0000000000407A20
静态外部有初值 k3：0000000000403014
   外静无初值 k4：0000000000407030
  内静态有初值 m1：0000000000403018
  内静态无初值 m2：0000000000407034
    文字常量地址：0000000000404000, hello
      程序区地址：0000000000401530

参考资料

程序设计入门–C翁恺

《c语言程序设计》–谭浩强

《C Primer Plus》–Stephen Prata

C语言中文网

C语言教程|菜鸟教程

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