旅途

c 与c++ static 函数的区别
static 关键字是 C, C++ 中都存在的关键字 , 它主要有三种使用方式 , 其中前两种只指在 C 语言中使用 , 第三种在 C++ 中使用 (C,C++ 中具体细微操作不尽相同 , 本文以 C++ 为准 ).
(1) 局部静态变量
(2) 外部静态变量 / 函数
(3) 静态数据成员 / 成员函数
下面就这三种使用方式及注意事项分别说明
一、局部静态变量
在 C/C++ 中 , 局部变量按照存储形式可分为三种 auto, static, register

(<C 语言程序设计 ( 第二版 )> 谭浩强 , 第 174-175 页 )
与 auto 类型 ( 普通 ) 局部变量相比 , static 局部变量有三点不同
1. 存储空间分配不同
auto 类型分配在栈上 , 属于动态存储类别 , 占动态存储区空间 , 函数调用结束后自动释放 , 而 static 分配在静态存储区 , 在程序整个运行期间都不释放 . 两者之间的作用域相同 , 但生存期不同 .
2. static 局部变量在所处模块在初次运行时进行初始化工作 , 且只操作一次
3. 对于局部静态变量 , 如果不赋初值 , 编译期会自动赋初值 0 或空字符 , 而 auto 类型的初值是不确定的 . ( 对于 C++ 中的 class 对象例外 , class 的对象实例如果不初始化 , 则会自动调用默认构造函数 , 不管是否是 static 类型 )
特点 : static 局部变量的”记忆性”与生存期的”全局性”
所谓”记忆性”是指在两次函数调用时 , 在第二次调用进入时 , 能保持第一次调用退出时的值 .
示例程序一
#include <iostream>
using namespace std;
void staticLocalVar()
{
static int a = 0; // 运行期时初始化一次 , 下次再调用时 , 不进行初始化工作
cout<<"a="<<a<<endl;
++a;
}
int main()
{
staticLocalVar(); // 第一次调用 , 输出 a=0
staticLocalVar(); // 第二次调用 , 记忆了第一次退出时的值 , 输出 a=1
return 0;
}
应用 :
利用”记忆性” , 记录函数调用的次数 ( 示例程序一 )
利用生存期的”全局性” , 改善” return a pointer / reference to a local object ”的问题 . Local object 的问题在于退出函数 , 生存期即结束 ,. 利用 static 的作用 , 延长变量的生存期 .
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 局部变量 , 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;
}

注意事项 :
1. “记忆性” , 程序运行很重要的一点就是可重复性 , 而 static 变量的”记忆性”破坏了这种可重复性 , 造成不同时刻至运行的结果可能不同 .
2. “生存期”全局性和唯一性 . 普通的 local 变量的存储空间分配在 stack 上 , 因此每次调用函数时 , 分配的空间都可能不一样 , 而 static 具有全局唯一性的特点 , 每次调用时 , 都指向同一块内存 , 这就造成一个很重要的问题 ---- 不可重入性 !!!
这样在多线程程序设计或递归程序设计中 , 要特别注意这个问题 .
( 不可重入性的例子可以参见 <effective C++ (2nd)>( 影印版 ) 第 103-105 页 )
下面针对示例程序二 , 分析在多线程情况下的不安全性 .( 为方便描述 , 标上行号 )
① const char * IpToStr(UINT32 IpAddr)
② {
③ static char strBuff[16]; // static 局部变量 , 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 设现在有两个线程 A,B 运行期间都需要调用 IpToStr() 函数 , 将 32 位的 IP 地址转换成点分 10 进制的字符串形式 . 现 A 先获得执行机会 , 执行 IpToStr(), 传入的参数是 0x0B090A0A, 顺序执行完应该返回的指针存储区内容是 : ” 10.10.9 .11 ” , 现执行到⑥时 , 失去执行权 , 调度到 B 线程执行 , B 线程传入的参数是 0xA8A8A8C0, 执行至⑦ , 静态存储区的内容是 192.168.168.168. 当再调度到 A 执行时 , 从⑥继续执行 , 由于 strBuff 的全局唯一性 , 内容已经被 B 线程冲掉 , 此时返回的将是 192.168.168.168 字符串 , 不再是 10.10.9.11 字符串 .

二、外部静态变量／函数
在 C 中 static 有了第二种含义：用来表示不能被其它文件访问的全局变量和函数。但为了限制全局变量 / 函数的作用域 , 函数或变量前加 static 使得函数成为静态函数。但此处“ static ”的含义不是指存储方式，而是指对函数的作用域仅局限于本文件 ( 所以又称内部函数 ) 。注意此时 , 对于外部 ( 全局 ) 变量 , 不论是否有 static 限制 , 它的存储区域都是在静态存储区 , 生存期都是全局的 . 此时的 static 只是起作用域限制作用 , 限定作用域在本模块 ( 文件 ) 内部 .
使用内部函数的好处是：不同的人编写不同的函数时，不用担心自己定义的函数，是否会与其它文件中的函数同名。
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 中定义的全局变量
extern int varA; // 错误 ! varA 是 static 类型 , 无法在其他文件中使用
extern vod funA(); // 使用 file1.cpp 中定义的函数
extern void funB(); // 错误 ! 无法使用 file1.cpp 文件中 static 函数

三、静态数据成员／成员函数 (C++ 特有 )
C+ + 重用了这个关键字，并赋予它与前面不同的第三种含义：表示属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数 . 这是与普通成员函数的最大区别 , 也是其应用所在 , 比如在对某一个类的对象进行计数时 , 计数生成多少个类的实例 , 就可以用到静态数据成员 . 在这里面 , static 既不是限定作用域的 , 也不是扩展生存期的作用 , 而是指示变量 / 函数在此类中的唯一性 . 这也是”属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数”的含义 . 因为它是对整个类来说是唯一的 , 因此不可能属于某一个实例对象的 . ( 针对静态数据成员而言 , 成员函数不管是否是 static, 在内存中只有一个副本 , 普通成员函数调用时 , 需要传入 this 指针 , static 成员函数调用时 , 没有 this 指针 . )
请看示例程序四 (<effective c++ (2nd)>( 影印版 ) 第 59 页 )
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;

在这个例子中 , 静态数据成员 numTargets 就是用来计数产生的对象个数的 .
另外 , 在设计类的多线程操作时 , 由于 POSIX 库下的线程函数 pthread_create() 要求是全局的 , 普通成员函数无法直接做为线程函数 , 可以考虑用 Static 成员函数做线程函数 .