深入C语言：探究static关键字的奥秘

文章目录

一、链接属性
二、static变量
- 1、定义静态局部变量
- 2、在函数内部使用静态变量
- 3、函数中静态局部变量与递归
三、static变量与全局变量的区别
- 1、存储期与生命周期
- 2、可见性与作用域
- 3、使用场景
- 4、静态与动态内存分配
注意事项

当用于不同的上下文环境时， static关键字具有不同的意思。

当用于函数定义时，或用于代码块之外的变量声明时，static关键字用于修改标识符的链接属性（从 external 变为 internal ），但标识符的存储类型和作用域不受影响。用这种方式声明的函数或变量只能在声明它们的源文件中访问。

当用于代码块内部的局部变量的声明的时候，static用于修改变量的存储类型，从自动变量修改为静态变量，但变量的链接属性和作用域不受影响。用这种方式声明的变量在程序执行之前创建，并在程序的整个执行期间一直存在，而不是每次在代码块开始执行时创建，在代码块执行完毕之后销毁。

一、链接属性

链接属性一共有3种–external(外部)、internal(内部)和 none(无)。

没有链接属性的标识符(none)总是被当作单独的个体，也就是说该标识符的多个声明被当作不同的独立实体。
属于internal链接属性的标识符在同一个源文件内的所有声明中都指同一个实体，但位于不同源文件的多个声明则分属不同的实体。
属于 external链接属性的标识符不论声明多少次，位于几个源文件都表示同一个实体。

关键字 extern和 static用于在声明中修改标识符的链接属性。如果某个声明在正常情况下具有external链接属性，在它前面加上static关键字可以使它的属性变为internal。 static int a;那么变量a就将为这个源文件私有。其他源文件中，如果也链接到一个叫做变量 a 的变量，那么它所引用的是另一个不同的变量。类似的也可以把函数声明为 static ：

static int func();

这样可以防止被其他源文件调用。

extern 关键字的规则更为复杂。一般而言，它为一个标识符指定external链接属性，这样就可以访问在其他任何位置定义的这个实体。

具有 external属性的变量我们一般称之为全局变量，所有源文件中的所有函数均可以访问它。只要变量并非声明于代码块或函数定义内部，它在缺省的情况下的链接属性即为external。如果一个变量声明于代码块内部，在它前面添加extern关键字讲使它所引用的是全局变量而非局部变量。

具有 external链接属性的实体总是具有静态存储类型。全局变量在程序开始执行前创建，并在程序整个执行过程中始终存在。从属于函数的局部变量在函数开始执行时创建，在函数执行完毕后销毁，但用于执行函数的机器指令在程序的生命期内一直存在。

局部变量由函数内部使用，不能被其他函数通过名字引用。它在缺省情况下的存储类型为自动。这是基于两个原因：其一，当这些变量需要时才为它们分配存储，这样可以减少内存的总需求量；其二，在堆栈上为它们分配存储可以有效地实现递归。如果你觉得让变量的值在函数的多次调用中始终保持原先的值非常重要的话，那么可以修改它的存储类型，把它从自动变量改为静态变量。

二、static变量

在C语言中，当在函数内部定义static变量时，该变量具有静态存储期，这意味着该变量的生命周期将贯穿整个程序的执行过程，而不仅仅是局限于函数调用的局部范围。此外，静态局部变量只会被初始化一次，即在程序开始执行时，后续函数调用中不会再次初始化。由于这种特性，静态局部变量常用于在函数调用之间保持状态，如计数或累积数据。

1、定义静态局部变量

在函数内部，使用static关键字定义变量。

int main() {
    static int myStaticVar = 0; // 静态局部变量，只初始化一次
    // ... 函数的其他代码 ...
}

2、在函数内部使用静态变量

像使用普通局部变量一样使用静态局部变量，通过变量名进行访问和修改。可以在多次函数调用中保持状态，由于静态局部变量在函数调用之间保持其值，因此它们可用于跨函数调用维护状态。

void myFunction() {
    static int count = 0;
    count++; // 每次调用函数时，count增加1
    printf("Function has been called %d times.\n", count);
}

在这里插入图片描述

在上面的例子中，myFunction函数有一个静态局部变量count，它只会在程序开始时初始化一次。每次调用这个函数时，count都会递增，并且由于它是静态的，所以它的值会在函数调用之间保持。

需要注意的是：

静态局部变量不会自动初始化为它们的默认值（比如int类型的0），除非显式地进行初始化。如果未初始化，它们将包含未定义的值。
静态局部变量不会占用函数每次调用时的栈空间，因为它们的存储期是整个程序的执行期间，通常存放在程序的数据段中。
在多线程环境中，静态局部变量可能不是线程安全的，因为所有线程共享同一份静态变量的存储。如果需要跨线程保持状态，应使用线程安全的机制，如互斥锁（mutex）或原子操作。

所有不加static的全局变量和函数具有全局可见性，可以在其他文件中使用；加了static之后只能在该文件所在的编译模块中使用。

在这里插入图片描述

一个函数被static修饰，使得这个函数只能在本源文件内使用，不能在其他源文件内使用。

在这里插入图片描述

在C语言中，static关键字在函数调用中的主要用法是用于声明函数内部的局部变量，使其具有静态存储期。这意味着这些局部变量不会在函数调用结束时被销毁，而是会保留其值，直到程序结束。这在需要跨函数调用保留状态时特别有用。（注意：main函数所在文件需声明 add函数。）

3、函数中静态局部变量与递归

在递归函数中，static局部变量也很有用，因为它们可以在递归调用之间保持其值。例如，下面是一个计算阶乘的递归函数：

unsigned long long factorial(int n) {
    static unsigned long long result = 1; // 静态局部变量用于累积结果
    if (n > 0) {
        result *= n;
        return factorial(n - 1); // 递归调用
    } else {
        return result; // 返回累积的结果
    }
}