广数面试题的一些总结：static，const,volatile作用

static:

(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

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

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#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:

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// 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)

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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:

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//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)

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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.

http://witmax.cn/cpp-static.html

 

 

Const作用

   如下表所示：

No.

作用

说明

参考代码

1

可以定义const常量

　

const int Max = 100; 

2

便于进行类型检查

const常量有数据类型，而宏常量没有数据类型。编译器可以对前者进行类型安全检查，而对后者只进行字符替换，没有类型安全检查，并且在字符替换时可能会产生意料不到的错误

void f(const int i) { .........}
      //对传入的参数进行类型检查，不匹配进行提示

3

可以保护被修饰的东西

防止意外的修改，增强程序的健壮性。

void f(const int i) { i=10;//error! }
      //如果在函数体内修改了i，编译器就会报错

4

可以很方便地进行参数的调整和修改

同宏定义一样，可以做到不变则已，一变都变

　

5

为函数重载提供了一个参考

　

class A
{
           ......
  void f(int i)       {......} //一个函数
  void f(int i) const {......} //上一个函数的重载
           ......
};

6

可以节省空间，避免不必要的内存分配

const定义常量从汇编的角度来看，只是给出了对应的内存地址，而不是象#define一样给出的是立即数，所以，const定义的常量在程序运行过程中只有一份拷贝，而#define定义的常量在内存中有若干个拷贝

#define PI 3.14159         //常量宏
const doulbe  Pi=3.14159;  //此时并未将Pi放入ROM中
              ......
double i=Pi;   //此时为Pi分配内存，以后不再分配！
double I=PI;  //编译期间进行宏替换，分配内存
double j=Pi;  //没有内存分配
double J=PI;  //再进行宏替换，又一次分配内存！

7

 提高了效率

编译器通常不为普通const常量分配存储空间，而是将它们保存在符号表中，这使得它成为一个编译期间的常量，没有了存储与读内存的操作，使得它的效率也很高

　

 http://blog.csdn.net/Eric_Jo/archive/2009/04/30/4138548.aspx

 

 

volatile:volatile关键字是一种类型修饰符，用它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。

 

http://topic.csdn.net/t/20050324/15/3877900.html