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單片機沉思錄——再談static

靜態變量作用範圍在一個文件內，程序開始時分配空間，結束時釋放空間，默認初始化為0，使用時可以改變其值。

    靜態變量或靜態函數隻有本文件內的代碼才能訪問它，它的名字在其它文件中不可見。
用法1：函數內部聲明的static變量，可作為對象間的一種通信機製
    如果一局部變量被聲明為static，那麼將隻有唯一的一個靜態分配的對象，它被用於在該函數的所有調用中表示這個變量。這個對象將隻在執行線程第一次到達它的定義使初始化。
用法2：局部靜態對象
    對於局部靜態對象，構造函數是在控製線程第一次通過該對象的定義時調用。在程序結束時，局部靜態對象的析構函數將按照他們被構造的相反順序逐一調用，沒有規定確切時間。
 用法3：靜態成員和靜態成員函數
  如果一個變量是類的一部分，但卻不是該類的各個對象的一部分，它就被成為是一個static靜態成員。一個static成員隻有唯一的一份副本，而不像常規的非static成員那樣在每個對象裏各有一份副本。同理，一個需要訪問類成員，而不需要針對特定對象去調用的函數，也被稱為一個static成員函數。
類的靜態成員函數隻能訪問類的靜態成員(變量或函數)。

    進一步詳細解釋如下：

1.先來介紹它的第一條也是最重要的一條：隱藏

     當我們同時編譯多個文件時，所有未加static前綴的全局變量和函數都具有全局可見性。為理解這句話，我舉例來說明。我們要同時編譯兩個源文件，一個是a.c，另一個是main.c. 下麵是a.c的內容:

char a = 'A'; // global variable

void msg() { printf("Hello\n"); }

    下麵是main.c的內容：

int main(void) { 

    extern char a; // extern variable must be declared before use

    printf("%c ", a);

    (void)msg();

    return 0;  }

    程序的運行結果是：

A Hello

    你可能會問：為什麼在a.c中定義的全局變量a和函數msg能在main.c中使用？前麵說過，所有未加static前綴的全局變量和函數都具有全局可見性，其它的源文件也能訪問。此例中，a是全局變量，msg是函數，並且都沒有加static前綴，因此對於另外的源文件main.c是可見的。

如果加了static，就會對其它源文件隱藏。例如在a和msg的定義前加上static，main.c就看不到它們了。利用這一特性可以在不同的文件中定義同名函數和同名變量，而不必擔心命名衝突。Static可以用作函數和變量的前綴，對於函數來講，static的作用僅限於隱藏，而對於變量，static還有下麵兩個作用。

2. static的第二個作用是保持變量內容的持久

    存儲在靜態數據區的變量會在程序剛開始運行時就完成初始化，也是唯一的一次初始化。共有兩種變量存儲在靜態存儲區：全局變量和static變量，隻不過和全局變量比起來，static可以控製變量的可見範圍，說到底static還是用來隱藏的。雖然這種用法不常見，但我還是舉一個例子。

#include ＜stdio.h＞

 int fun(void){

static int count = 10; // 事實上此賦值語句從來沒有執行過

 return count--;

 }

 int count = 1;

int main(void) {

printf("global\t\tlocal static\n");

 for(; count ＜= 10; ++count)

    printf("%d\t\t%d\n", count, fun());

 return 0; }

    程序的運行結果是：

global local static
1  10
2   9
3   8
4   7
5   6
6   5
7   4
8   3
9   2
10  1

3. static的第三個作用是默認初始化為0.其實全局變量也具備這一屬性，因為全局變量也存儲在靜態數據區

    在靜態數據區，內存中所有的字節默認值都是0x00，某些時候這一特點可以減少程序員的工作量。比如初始化一個稀疏矩陣，我們可以一個一個地把所有元素都置0，然後把不是0的幾個元素賦值。如果定義成靜態的，就省去了一開始置0的操作。再比如要把一個字符數組當字符串來用，但又覺得每次在字符數組末尾加‘\0’太麻煩。如果把字符串定義成靜態的，就省去了這個麻煩，因為那裏本來就是‘\0’。不妨做個小實驗驗證一下。

#include ＜stdio.h＞

 int a;

int main(void){

int i;

static char str[10];

printf("integer: %d; string: (begin)%s(end)", a, str);

 return 0;

 }

    程序的運行結果如下integer： 0； string： （begin）（end）

    最後對static的三條作用做一句話總結。首先static的最主要功能是隱藏，其次因為static變量存放在靜態存儲區，所以它具備持久性和默認值0.

4. 用static聲明的函數和變量小結

    static 聲明的變量在C語言中有兩方麵的特征：

1)、變量會被放在程序的全局存儲區中，這樣可以在下一次調用的時候還可以保持原來的賦值。這一點是它與堆棧變量和堆變量的區別。

2)、變量用static告知編譯器，自己僅僅在變量的作用範圍內可見。這一點是它與全局變量的區別。

 Tips:
A.若全局變量僅在單個C文件中訪問，則可以將這個變量修改為靜態全局變量，以降低模塊間的耦合度；
B.若全局變量僅由單個函數訪問，則可以將這個變量改為該函數的靜態局部變量，以降低模塊間的耦合度；
C.設計和使用訪問動態全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量的函數時，需要考慮重入問題；
D.如果我們需要一個可重入的函數，那麼，我們一定要避免函數中使用static變量(這樣的函數被稱為：帶“內部存儲器”功能的的函數)
E.函數中必須要使用static變量情況:比如當某函數的返回值為指針類型時，則必須是static的局部變量的地址作為返回值，若為auto類型，則返回為錯指針。

    函數前加static使得函數成為靜態函數。但此處“static”的含義不是指存儲方式，而是指對函數的作用域僅局限於本文件(所以又稱內部函數)。使用內部函數的好處是：不同的人編寫不同的函數時，不用擔心自己定義的函數，是否會與其它文件中的函數同名。

擴展分析:

     術語static有著不尋常的曆史.起初，在C中引入關鍵字static是為了表示退出一個塊後仍然存在的局部變量。隨後，static在C中有了第二種含義：用來表示不能被其它文件訪問的全局變量和函數。為了避免引入新的關鍵字，所以仍使用static關鍵字來表示這第二種含義。最後，C++重用了這個關鍵字，並賦予它與前麵不同的第三種含義：表示屬於一個類而不是屬於此類的任何特定對象的變量和函數(與Java中此關鍵字的含義相同)。

全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量和局部變量的區別

變量可以分為：全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量和局部變量。

(1) 按存儲區域分，全局變量、靜態全局變量和靜態局部變量都存放在內存的靜態存儲區域，局部變量存放在內存的棧區。

(2) 按作用域分，  全局變量在整個工程文件內都有效；靜態全局變量隻在定義它的文件內有效；靜態局部變量隻在定義它的函數內有效，隻是程序僅分配一次內存，函數返回後，該變量不會消失；局部變量在定義它的函數內有效，但是函數返回後失效。

     全局變量(外部變量)的說明之前再冠以static就構成了靜態的全局變量。全局變量本身就是靜態存儲方式，靜態全局變量當然也是靜態存儲方式。這兩者在存儲方式上並無不同。這兩者的區別雖在於非靜態全局變量的作用域是整個源程序，當一個源程序由多個源文件組成時，非靜態的全局變量在各個源文件中都是有效的。 而靜態全局變量則限製了其作用域，即隻在定義該變量的源文件內有效，在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由於靜態全局變量的作用域局限於一個源文件內，隻能為該源文件內的函數公用，因此可以避免在其它源文件中引起錯誤。

    從以上分析可以看出， 把局部變量改變為靜態變量後是改變了它的存儲方式即改變了它的生存期。把全局變量改變為靜態變量後是改變了它的作用域， 限製了它的使用範圍。

(1) static 函數與普通函數作用域不同。僅在本文件。隻在當前源文件中使用的函數應該說明為內部函數(static)，內部函數應該在當前源文件中說明和定義。對於可在當前源文件以外使用的函數，應該在一個頭文件中說明，要使用這些函數的源文件要包含這個頭文件

(2) static全局變量與普通的全局變量有什麼區別：static全局變量隻初始化一次，防止在其他文件單元中被引用;

(3) static局部變量和普通局部變量有什麼區別：static局部變量隻被初始化一次，下一次依據上一次結果值；
(4) static函數與普通函數有什麼區別：static函數在內存中隻有一份，普通函數在每個被調用中維持一份拷貝.
(5) 全局變量和靜態變量如果沒有手工初始化，則由編譯器初始化為0。局部變量的值不可知。

5. C++的static

    C++的static有兩種用法：麵向過程程序設計的static和麵向對象程序設計中的static。前者應用於普通變量和函數，不涉及類；後者主要說明static在類中的作用。

(1)、麵向過程設計中的static

1)、靜態全局變量

在全局變量前，加上關鍵字static，該變量就被定義成為一個靜態全局變量。我們先舉一個靜態全局變量的例子，如下： 

//Example 1

#include <iostream.h>

void fn();

static int n; //定義靜態全局變量

void main()

{

 n=20;

 cout<<n<<endl;

 fn();

}

void fn()

{

 n++;

 cout<<n<<endl;

}

    靜態全局變量有以下特點：  

 i )  該變量在全局數據區分配內存；
  ii )  未經初始化的靜態全局變量會被程序自動初始化為0（自動變量的值是隨機的，除非它被顯式初始化）；   
  iii ) 靜態全局變量在聲明它的整個文件都是可見的，而在文件之外是不可見的；

    靜態變量都在全局數據區分配內存，包括後麵將要提到的靜態局部變量。對於一個完整的程序，在內存中的分布情況如下圖：

　　一般程序的由new產生的動態數據存放在堆區，函數內部的自動變量存放在棧區。自動變量一般會隨著函數的退出而釋放空間，靜態數據（即使是函數內部的靜態局部變量）也存放在全局數據區。全局數據區的數據並不會因為函數的退出而釋放空間。細心的讀者可能會發現，Example 1中的代碼中將 

 static int n; //定義靜態全局變量

改為 

 int n; //定義全局變量

    程序照樣正常運行。的確，定義全局變量就可以實現變量在文件中的共享，但定義靜態全局變量還有以下好處： 

1) 靜態全局變量不能被其它文件所用；  

2) 其它文件中可以定義相同名字的變量，不會發生衝突； 

您可以將上述示例代碼改為如下：

//Example 2

//File1

#include <iostream.h>

void fn();

static int n; //定義靜態全局變量

void main()

{

 n=20;

 cout<<n<<endl;

 fn();

}

//File2

#include <iostream.h>

extern int n;

void fn()

{

 n++;

 cout<<n<<endl;

}

    編譯並運行Example 2，您就會發現上述代碼可以分別通過編譯，但運行時出現錯誤。試著將  

static int n; //定義靜態全局變量

改為  

int n; //定義全局變量

    再次編譯運行程序，細心體會全局變量和靜態全局變量的區別。  

(2)、靜態局部變量

     在局部變量前，加上關鍵字static，該變量就被定義成為一個靜態局部變量。 我們先舉一個靜態局部變量的例子，如下： 

//Example 3

#include <iostream.h>

void fn();

void main()

{

 fn();

 fn();

 fn();

}

void fn()

{

 static n=10;

 cout<<n<<endl;

 n++;

}

　　通常，在函數體內定義了一個變量，每當程序運行到該語句時都會給該局部變量分配棧內存。但隨著程序退出函數體，係統就會收回棧內存，局部變量也相應失效。但是有時候我們需要在兩次調用之間對變量的值進行保存。通常的想法是定義一個全局變量來實現。但這樣一來，變量已經不再屬於函數本身了，不再僅受函數的控製，給程序的維護帶來不便。　　靜態局部變量正好可以解決這個問題。靜態局部變量保存在全局數據區，而不是保存在棧中，每次的值保持到下

最後更新：2017-04-03 21:13:16

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