c/c++中static 用法总结

通过本文可以了解以下内容
1.C语言中的static的作用
2.函数的可重入性
3.C++中static的作用

C中的static关键字

惨痛教训：

假设在test.h中定义了一个static bool g_test=false;

若test1.c和test2.c都包含test.h，则test1.c和test2.c分别生成两份g_test，在test1.c 中置g_test=true,而test2.c中仍然为false并未改变！shit！！

一、c程序存储空间布局

      C程序一直由下列部分组成：

      1）正文段——CPU执行的机器指令部分；一个程序只有一个副本；只读，防止程序由于意外事故而修改自身指令；
      2）初始化数据段（数据段）——在程序中所有赋了初值的全局变量，存放在这里。
      3）非初始化数据段（bss段）——在程序中没有初始化的全局变量；内核将此段初始化为0。
      4）栈——增长方向：自顶向下增长；自动变量以及每次函数调用时所需要保存的信息（返回地址；环境信息）。
      5）堆——动态存储分。

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|    栈         | 
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|   /|           |
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|    堆         |
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| 未初始化  |
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|   初始化  |
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|  正文段   |
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二、 面向过程程序设计中的static

            1. 全局静态变量
            2. 局部静态变量
            3. 静态函数

1. 全局静态变量

   在全局变量之前加上关键字static，全局变量就被定义成为一个全局静态变量。

   1）内存中的位置：静态存储区（静态存储区在整个程序运行期间都存在）

   2）初始化：未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0（自动对象的值是任意的，除非他被显示初始化）

   3）作用域：全局静态变量在声明他的文件之外是不可见的。准确地讲是从定义之处开始到文件结尾。

看下面关于作用域的程序：
//teststatic1.c
void display();
extern int n;
int main()
{
  n = 20;
  printf("%dn",n);
  display();
  return 0;
}
 
//teststatic2.c 
static int n;   //定义全局静态变量，自动初始化为0，仅在本文件中可见
void display()
{
  n++;
  printf("%dn",n);
}
 

文件分别编译通过，但link的时候teststatic２.c中的变量n找不到定义，产生错误。
 
定义全局静态变量的好处：

<1>不会被其他文件所访问，修改

<2>其他文件中可以使用相同名字的变量，不会发生冲突。

2. 局部静态变量

  在局部变量之前加上关键字static，局部变量就被定义成为一个局部静态变量。

  1）内存中的位置：静态存储区

  2）初始化：未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0（自动对象的值是任意的，除非他被显示初始化）

  3）作用域：作用域仍为局部作用域，当定义它的函数或者语句块结束的时候，作用域随之结束。

例子，我们项目中light sensor为 cm36283，从sensor中获取als值时就使用了static静态变量，开始绝得挺奇怪，
还以为是bug（因为会返回负数值），仔细一看另有洞天。

static int cm36283_get_als(struct i2c_client *client)
{
    int ret;
    staticintals_buf[3];
    static int idx= 0;
    ret = cm36283_read_als(client);
    if(ret > -1)
        ret = lux_calc(ret);
    if(ret > ALS_MAX)
        ret = ALS_MAX;
    if(ret > -1)
    {
        als_buf[idx] = ret;
        idx++;
    }
    if(idx == 3)
    {
        ret = (als_buf[0]+ als_buf[1]+ als_buf[2])/3;
        idx = 0;
    }
    else
        ret = -5;
    return ret;
}

首先这个函数是在delay_work中调用的，其返回值用来向input subsystem上报数据，
设置为每200ms就调用一次此函数，但是为了防止误触发（如手机翻转而不是环境光明显变化），此函数是求3次的平均值再上报，
即input subsystem是每600ms接收到一个数据。实现这个功能就是靠static局部变量als_buf和 idx来实现的，前2次把读到的数据保存下来
并返回一个负值（-5），作为判断不上报，第三次则读到数据，求三次的平均值，返回此平均值，这样把此数据上报。
两个疑问：
1）为什么不去掉static？--------无法保存数据，非static的局部变量函数调用完就消逝了！
2）把als_buf 和 idx设置为全局的静态变量也能实现同样的功能，为什么不这样？-------为了最小化变量的作用域吧，因为只在这个函数中用到。
我们可能最容易想到全局变量，如果不知道static局部变量的作用。

  小结：当static用来修饰局部变量的时候，它就改变了局部变量的存储位置，从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后，并没有被销毁，而是仍然驻留在内存当中，直到程序结束，只不过我们不能再对他进行访问。

      当static用来修饰全局变量的时候，它就改变了全局变量的作用域（在声明他的文件之外是不可见的），但是没有改变它的存放位置，还是在静态存储区中。

3. 静态函数

  在函数的返回类型前加上关键字static，函数就被定义成为静态函数。

  函数的定义和声明默认情况下是extern的，但静态函数只是在声明他的文件当中可见，不能被其他文件所用。

  例如：
//teststatic1.c
void display();
static void staticdis();
int main()
{
  display();
  staticdis();
  renturn 0;
}
 
//teststatic2.c
void display()
{
  staticdis();
  printf("display() has been called n");
}
 
static void staticdis()
{
  printf("staticDis() has been calledn");
}
 
文件分别编译通过，但是连接的时候找不到函数staticdis（）的定义，产生错误。
 实际上编译也未过，ｖｃ２００３报告teststatic1.c中静态函数staticdis已声明但未定义　；ｂｙ　ｉｍｊａｃｏｂ
定义静态函数的好处：

<1> 其他文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突

<2> 静态函数不能被其他文件所用。
 
存储说明符auto，register，extern，static，对应两种存储期：自动存储期和静态存储期。
 
auto和register对应自动存储期。具有自动存储期的变量在进入声明该变量的程序块时被建立，它在该程序块活动时存在，退出该程序块时撤销。

extern和static用来说明具有静态存储期的变量和函数。用static声明的局部变量具有静态存储持续期（static storage duration），或静态范围（static extent）。虽然他的值在函数调用之间保持有效，但是其名字的可视性仍限制在其局部域内。静态局部对象在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化。

由于static变量的以上特性，可实现一些特定功能。

1． 统计次数功能

声明函数的一个局部变量，并设为static类型，作为一个计数器，这样函数每次被调用的时候就可以进行计数。这是统计函数被调用次数的最好的办法，因为这个变量是和函数息息相关的，而函数可能在多个不同的地方被调用，所以从调用者的角度来统计比较困难。代码如下：
 
void count();
int main()
{
 int i;
 for (i = 1; i <= 3; i++)
  count();
  return 0;
}
void count()
{
 static num = 0;
 num++;
 printf(" I have been called %d",num,"timesn");
}

输出结果为：
I have been called 1 times.
I have been called 2 times.
I have been called 3 times.

静态全局变量与静态局部变量的异同：
都存放在静态存储区，唯一的区别就是作用域不同了，为了降低模块间的耦合度，原则上应在把作用域降到最小的范围。
这就是上面的不用static全局变量的原因！

C语言程序可以看成由一系列外部对象构成，这些外部对象可能是变量或函数。而内部变量是指定义在函数内部的函数参数及变量。外部变量定义在函数之外，因此可以在许多函数中使用。由于C语言不允许在一个函数中定义其它函数，因此函数本身只能是“外部的”。

   由于C语言代码是以文件为单位来组织的，在一个源程序所有源文件中，一个外部变量或函数只能在某个文件中定义一次，而其它文件可以通过extern声明来访问它（定义外部变量或函数的源文件中也可以包含对该外部变量的extern声明）。
   而static则可以限定变量或函数为静态存储。如果用static限定外部变量与函数，则可以将该对象的作用域限定为被编译源文件的剩余部分。通过static限定外部对象，可以达到隐藏外部对象的目的。因而，static限定的变量或函数不会和同一程序中其它文件中同名的相冲突。如果用static限定内部变量，则该变量从程序一开始就拥有内存，不会随其所在函数的调用和退出而分配和消失。
   C语言中使用静态函数的好处：
静态函数会被自动分配在一个一直使用的存储区，直到退出应用程序实例，避免了调用函数时压栈出栈，速度快很多。
关键字“static”，译成中文就是“静态的”，所以内部函数又称静态函数。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。 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，因为同名也没有关系。
c语言中static的语义
1.static变量:
1).局部
a.静态局部变量在函数内定义,生存期为整个源程序，但作用域与自动变量相同，只能在定义该变量的函数内使用。退出该函数后， 尽管该变量还继续存在，但不能使用它。
b.对基本类型的静态局部变量若在说明时未赋以初值，则系统自动赋予0值。而对自动变量不赋初值，则其值是不定的。
2).全局
全局变量本身就是静态存储方式， 静态全局变量当然也是静态存储方式。但是他们的作用域，非静态全局 变量的作用域是整个源程序（多个源文件可以共同使用）； 而静态全局变量则限制了其作用域， 即只在定义该变量的源文件内有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。
2.static函数（也叫内部函数）
只能被本文件中的函数调用，而不能被同一程序其它文件中的函数调用。区别于一般的非静态函数（外部函数） 
   static在c里面可以用来修饰变量，也可以用来修饰函数。
   先看用来修饰变量的时候。变量在c里面可分为存在全局数据区、栈和堆里。其实我们平时所说的堆栈是栈而不包含对，不要弄混。
int a ;
main()
{
 int b ;
 int c* = (int *)malloc(sizeof(int));
}
   a是全局变量，b是栈变量，c是堆变量。
   static对全局变量的修饰，可以认为是限制了只能是本文件引用此变量。有的程序是由好多.c文件构成。彼此可以互相引用变量，但加入static修饰之后，只能被本文件中函数引用此变量。
   static对栈变量的修饰，可以认为栈变量的生命周期延长到程序执行结束时。一般来说，栈变量的生命周期由OS管理，在退栈的过程中，栈变量的生命也就结束了。但加入static修饰之后，变量已经不在存储在栈中，而是和全局变量一起存储。同时，离开定义它的函数后不能使用，但如再次调用定义它的函数时，它又可继续使用， 而且保存了前次被调用后留下的值。
   static对函数的修饰与对全局变量的修饰相似，只能被本文件中的函数调用，而不能被同一程序其它文件中的函数调用。
static 声明的变量在C语言中有两方面的特征：
   1)、变量会被放在程序的全局存储区中，这样可以在下一次调用的时候还可以保持原来的赋值。这一点是它与堆栈变量和堆变量的区别。 
   2)、变量用static告知编译器，自己仅仅在变量的作用范围内可见。这一点是它与全局变量的区别。
 
问题：Static的理解
　　关于static变量，请选择下面所有说法正确的内容：
　　A、若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度；
　　B、若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；
　　C、设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题；
　　D、静态全局变量过大，可那会导致堆栈溢出。
答案与分析：
　　对于A，B：根据本篇概述部分的说明b)，我们知道，A,B都是正确的。
　　对于C：根据本篇概述部分的说明a)，我们知道，C是正确的（所谓的函数重入问题，下面会详细阐述）。
　　对于D：静态变量放在程序的全局数据区，而不是在堆栈中分配，所以不可能导致堆栈溢出，D是错误的。
　　因此，答案是A、B、C。
 
问题：不可重入函数
使用静态局部变量的函数有个致命的弱点就是不可重入！在多线程环境中可以把函数分为可重入函数和不可重入函数，
此概念可以参考

可重入函数
　　曾经设计过如下一个函数，在代码检视的时候被提醒有bug，因为这个函数是不可重入的，为什么？
unsigned int sum_int( unsigned int base )
{　unsigned int index;

　static unsigned int sum = 0; // 注意，是static类型的。
　for (index = 1; index <= base; index++)
　{
　　sum += index;
　}
　return sum;
}
答案与分析：
　　所谓的函数是可重入的（也可以说是可预测的），即：只要输入数据相同就应产生相同的输出。
　　这个函数之所以是不可预测的，就是因为函数中使用了static变量，因为static变量的特征，这样的函数被称为：带“内部存储器”功能的的函数。因此如果我们需要一个可重入的函数，那么，我们一定要避免函数中使用static变量，这种函数中的static变量，使用原则是，能不用尽量不用。
　　将上面的函数修改为可重入的函数很简单，只要将声明sum变量中的static关键字去掉，变量sum即变为一个auto 类型的变量，函数即变为一个可重入的函数。
　　当然，有些时候，在函数中是必须要使用static变量的，比如当某函数的返回值为指针类型时，则必须是static的局部变量的地址作为返回值，若为auto类型，则返回为错指针。？？？？




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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.