C++中Static作用和使用方法

C++中Static作用和使用方法
static作为编程语言里面一种重要的数据类型，它的地位在面试的过程里也是相当的高。

为什么要引入static?

　　函数内部定义的变量，在程序执行到它的定义处时，编译器为它在栈上分配空间，大家知道，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一个全局的变量，但定义为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，不仅仅受此函数控制）。

什么时候用static

　　需要一个数据对象为整个类而非某个对象服务,同时又力求不破坏类的封装性,即要求此成员隐藏在类的内部，对外不可见。

static的内部机制

　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。

static的优势

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。

注意事项

(1)类的静态成员函数是属于整个类而非类的对象，所以它没有this指针，这就导致了它仅能访问类的静态数据和静态成员函数。

(2)不能将静态成员函数定义为虚函数。(注意：如果在static函数加上virtual关键字就会报出这样子的错误error: Semantic Issue: ‘virtual’ can only appear on non-static member functions，大家懂了吧！)

(3)由于静态成员声明于类中，操作于其外，所以对其取地址操作，就多少有些特殊，变量地址是指向其数据类型的指针，函数地址类型是一个“nonmember函数指针”。

(4)由于静态成员函数没有this指针，所以就差不多等同于nonmember函数，结果就产生了一个意想不到的好处：成为一个callback函数，使得我们得以将C++和C-based X Window系统结合，同时也成功的应用于线程函数身上。

(5)static并没有增加程序的时空开销，相反她还缩短了子类对父类静态成员的访问时间，节省了子类的内存空间。

(6)静态数据成员在<定义或说明>时前面加关键字static。

(7)静态数据成员是静态存储的，所以必须对它进行初始化。

(8)静态成员初始化与一般数据成员初始化不同:

初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆；
初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等；
初始化时使用作用域运算符来标明它所属类；
所以我们得出静态数据成员初始化的格式：

　　<数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>

(9)为了防止父类的影响，可以在子类定义一个与父类相同的静态变量，以屏蔽父类的影响。这里有一点需要注意：我们说静态成员为父类和子类共享，但我们有重复定义了静态成员，这会不会引起错误呢？不会，我们的编译器采用了一种绝妙的手法：name-mangling 用以生成唯一的标志。

面向对象的static关键字

1、静态数据成员
　　在类内数据成员的声明前加上关键字static，该数据成员就是类内的静态数据成员。先举一个静态数据成员的例子。

//Example 1
#include<iostream>
class Myclass
{
public:
    Myclass(int a, int b, int c);
    void GetSum();

private:
    int a, b, c;
    static int Sum;//声明静态数据成员
};

int Myclass::Sum = 0;//定义并初始化静态数据成员

Myclass::Myclass(int a, int b, int c)
{
    this->a = a;
    this->b = b;
    this->c = c;
    Sum += a + b + c;
}

void Myclass::GetSum()
{
    std::cout << "Sum=" << Sum << std::endl;
}

int main()
{
    Myclass M(1, 2, 3);
    M.GetSum();

    Myclass N(4, 5, 6);
    N.GetSum();
    M.GetSum();
    return 0;
}

可以看出，静态数据成员有以下特点：
1. 对于非静态数据成员，每个类对象都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成员。无论这个类的对象被定义了多少个，静态数据成员在程序中也只有一份拷贝，由该类型的所有对象共享访问。也就是说，静态数据成员是该类的所有对象所共有的。对该类的多个对象来说，静态数据成员只分配一次内存，供所有对象共用。所以，静态数据成员的值对每个对象都是一样的，它的值可以更新；
2. 静态数据成员存储在全局数据区。静态数据成员定义时要分配空间，所以不能在类声明中定义。在Example1中，语句int Myclass::Sum=0;是定义静态数据成员；

2、静态成员函数
与静态数据成员一样，我们也可以创建一个静态成员函数，它为类的全部服务而不是为某一个类的具体对象服务。静态成员函数与静态数据成员一样，都是类的内部实现，属于类定义的一部分。普通的成员函数一般都隐含了一个this指针，this指针指向类的对象本身，因为普通成员函数总是具体的属于某个类的具体对象的。通常情况下，this 是缺省的。如函数fn()实际上是this->fn()。但是与普通函数相比，静态成员函数由于不是与任何的对象相联系，因此它不具有this指针。从这个意义上讲，它无法访问属于类对象的非静态数据成员，也无法访问非静态成员函数，它只能调用其余的静态成员函数。下面举个静态成员函数的例子。

//Example 2
#include<iostream>
class Myclass
{
public:
    Myclass(int a, int b, int c);
    static void GetSum(); // 声明静态成员函数
private:
    int a, b, c;
    static int Sum;//声明静态数据成员
};

int Myclass::Sum = 0;//定义并初始化静态数据成员

Myclass::Myclass(int a, int b, int c)
{
    this->a = a;
    this->b = b;
    this->c = c;
    Sum += a + b + c; //非静态成员函数可以访问静态数据成员
}

void Myclass::GetSum() //静态成员函数的实现
{
    //std::cout<<a<< std::endl; //错误代码，a是非静态数据成员
    std::cout << "Sum=" << Sum << std::endl;
}

int main()
{
    Myclass M(1, 2, 3);
    M.GetSum();

    Myclass N(4, 5, 6);
    N.GetSum();

    Myclass::GetSum();
    return 0;
}

关于静态成员函数，可以总结为以下几点：

出现在类体外的函数定义不能指定关键字static；
静态成员之间可以相互访问，包括静态成员函数访问静态数据成员和访问静态成员函数；
非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据成员；
静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员；
由于没有this指针的额外开销，因此静态成员函数与类的全局函数相比速度上会有少许的增长；
调用静态成员函数，可以用成员访问操作符(.)和(->)为一个类的对象或指向类对象的指针调用静态成员函数，也可以直接使用如下格式：
　　<类名>::<静态成员函数名>（<参数表>）
调用类的静态成员函数。

作用

static静态变量声明符。在声明它的程序块，子程序块或函数内部有效，值保持，在整个程序期间分配存储器空间，编译器默认值0。
是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。

面向过程的static关键字:

功能：隐藏作用、值保持。

隐藏作用
当我们同时编译多个文件时，所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性。如果加了static，就会对其它源文件隐藏。利用这一特性可以在不同的文件中定义同名函数和同名变量，而不必担心命名冲突。Static可以用作函数和变量的前缀，对于函数来讲，static的作用仅限于隐藏，而对于变量，static还有下面两个作用。
保持变量内容的持久
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。
共有两种变量存储在静态存储区：全局变量和static变量，只不过和全局变量比起来，static可以控制变量的可见范围，说到底static还是用来隐藏的。
默认初始化为0。
其实全局变量也具备这一属性，因为全局变量也存储在静态数据区。在静态数据区，内存中所有的字节默认值都是0x00，某些时候这一特点可以减少程序员的工作量。比如初始化一个稀疏矩阵，我们可以一个一个地把所有元素都置0，然后把不是0的几个元素赋值。如果定义成静态的，就省去了一开始置0的操作。再比如要把一个字符数组当字符串来用，但又觉得每次在字符数组末尾加’\ 0’太麻烦。
如果把字符串定义成静态的，就省去了这个麻烦，因为那里本来就是’\0’。