C++ -- 学习系列 static 关键字的使用

news2025/1/16 5:44:30

static 是 C++ 中常用的关键字，被 static 修饰的变量只会在 静态存储区（常量数据也存放在这里） 被分配一次内存，生命周期与整个程序一样，随着程序的消亡而消亡。

一  static 有以下几种用法：

1. 在文件中定义的 静态全局变量

2. 在函数中定义的静态变量

3. 类的静态成员变量

4. 静态类对象

5. 类的静态方法

1. 在文件中定义的 静态全局变量

// main.cpp
#include<iostream>

int  xxx = 66; 

static int yyy = 888;

int main()
{
   std::cout << xxx << std::endl;
   std::cout << xxx << std::endl;
   
   return ;
}
  • 全局变量特点：

全局变量默认是有外部链接性的，作用域是整个工程，在一个文件内定义的全局变量，在另一个文件中，通过 extern 全局变量名的声明，就可以使用全局变量。

  • 静态全局变量特点：

全局静态变量是显式用 static 修饰的全局变量，作用域是声明此变量所在的文件，其他的文件即使用 extern 声明也不能使用。

2. 在函数中定义的静态局部变量

在函数中定义的静态变量仅仅初始化一次，且变量会存储到静态存储区，因此即便离开函数作用域也不会消失。

// c.h
#include<iostream>
#include<string>

class C
{
public:
    C(std::string n):name(n)
    {
        std::cout << "constructor C " << std::endl;
    }
    ~C(){
        std::cout << "destructor C " << std::endl;
    }

    std::string  getName()
    {
        return this->name;
    }

private:
    std::string name;
};


// main.cpp

#include<iostream>
#include"c.h"

void  testStatic()
{
   static  int  count = 0;  // 只会被初始化一次
   cout << "count: " << count++ << endl; // 每次调用该函数都会将上次存储的值打印出来
}

C& getTestStaticC()
{
    static C c("I'm static object."); // 只初始化一次，生命周期与程序等长

    return c;
}


int main()
{

    testStatic();
    testStatic();
    testStatic();

    C& cc1 = getTestStaticC(); // 因为定义的静态变量存储在静态存储区，不是在栈上，因此离开函数作用域以后，对静态的引用仍然是可以访问的
    C& cc2 = getTestStaticC(); // 因为定义的静态变量存储在静态存储区，不是在栈上，因此离开函数作用域以后，对静态的引用仍然是可以访问的

    std::cout << "cc1: " << cc1.getName() << std::endl;
    std::cout << "cc2: " << cc2.getName() << std::endl;
    C  cc3("666888");

    return 0;
}

输出：

3. 类的静态成员变量

类的静态成员变量属于类的所有对象，其存储在静态存储区，只有一个存储空间；而其他的非静态变量属于每个对象，在每个对象中都有其副本。

静态成员变量不在构造函数中初始化，因此静态成员变量不依赖于对象。

静态成员变量必须显示的初始化，一般情况下，我们都在类的外部对静态成员变量初始化，若是静态成员变量未被初始化，编译链接时，会报错。

// c.h
#include<iostream>
#include<string>

class C
{
public:
    C(std::string n):name(n)
    {
        std::cout << "constructor C name: " << this->name << std::endl;
    }
    ~C(){
        std::cout << "destructor C name: " << this->name << std::endl;
    }

    std::string  getName()
    {
        return this->name;
    }


private:
public:
    std::string name;
    static int height;
};


// c.cpp
#include "c.h"

int C::height = 66; // 静态成员变量需要显示的定义在类的外部


// main.cpp
#include"c.h"
#include<iostream>

int& testStatic21()
{
    C c("static21 test");
    std::cout << "name: " << c.getName() << " , height: " << c.height << std::endl;

    return c.height;
}
std::string& testStatic22()
{
    C c("static22 test");
    std::cout << "name: " << c.getName() << " , height: " << c.height << std::endl;

    return c.name;
}

int main()
{
    int& abc = testStatic21();

    std::cout << "abc: " << abc << std::endl; // 因为存储在静态存储区，所以离开函数作用域后，变量仍然存在

    std::string& name = testStatic22();
    std::cout << "name: " << name << std::endl; // 非静态成员变量实际存储位置是函数的栈空间中，因此离开函数作用域后，就会被释放掉，所以获取结果未可知

  return 0;
}

输出：

4. 静态类对象

static 关键字对类对象的工作方式也相同。声明为 static 的对象将分配到静态存储区中，并且一直作用到程序结束。

注：使用 static 关键字分配为零仅适用于原始数据类型，不适用于用户定义的数据类型。

// c.h
#include<iostream>
#include<string>

class C
{
public:
    C(std::string n):name(n)
    {
        std::cout << "constructor C name: " << this->name << std::endl;
    }
    ~C(){
        std::cout << "destructor C name: " << this->name << std::endl;
    }

    std::string  getName()
    {
        return this->name;
    }


private:
public:
    std::string name;
};


// main.cpp
int main()
{
   C& cc = testStatic3();

   std::cout << "cc: " << cc.getName() << std::endl; // 静态对象存储在静态存储区, 所以离开函数作用域后，仍然存在

  return 0.
}

输出：

5. 类的静态方法

与类的静态成员变量类似，类的静态方法也属于类，任何类的对象都可以调用此类方法。

既可以通过 对象名. 静态方法 调用，也可以通过类名::静态方法，后一种方法更常用。

// c.h
#include<iostream>
#include<string>

class C
{
public:
    C(std::string n):name(n)
    {
        std::cout << "constructor C name: " << this->name << std::endl;
    }
    ~C(){
        std::cout << "destructor C name: " << this->name << std::endl;
    }

    std::string  getName()
    {
        return this->name;
    }

    static void print()
    {
        std::cout << "print height: " << height << std::endl;
    }



private:
public:
    std::string name;

    static int height;
};

// c.cpp
#include "c.h"


int C::height = 66;


// main.cpp
#include"c.h"
#include<iostream>

void testStatic4()
{
    C::print();
    C c("888");
    c.print();
}

int main()
{
  testStatic4();

  return 0;
}

二    static 变量几种初始化方式

C++中static变量的初始化_c++ static 重新初始化_LikeMarch的博客-CSDN博客

三种初始化：

1. 编译时初始化

2. 程序加载时初始化

3. 运行时初始化

1. 编译时初始化

若 静态全局变量 是 基本数据类型（POD） ，且初始化值为常量，那么该变量会在编译期初始化。

/ main.cpp

static int xx = 666;

int main()
{

   return 0;
}

2. 程序加载时初始化

程序被加载时立即初始化，该过程发生在main 函数执行前。即使程序任何地方都没访问过该变量，仍然会进行初始化，因此形象地称之为"饿汉式初始化"。

2.1  静态全局变量初始化（初始值不是常量时），此时变量初始化是在程序加载时初始化的。

// main.cpp

int x = 6;
int y = 8;
static int z = x + y;

int main()
{

  return 0;
}

2.2  静态全局变量不是基本类型，此时变量初始化是在程序加载时初始化的。

// d.h
#include<iostream>
#include<string>

class D
{
public:
    D(std::string n):name(n)
    {
        std::cout << "constructor D name: " << this->name << std::endl;
    }
    ~D()
    {
        std::cout << "destructor D name: " << this->name << std::endl;
    }

private:
    std::string name;
};

// c.h
class C
{
public:
    C(std::string n):name(n)
    {
        std::cout << "constructor C name: " << this->name << std::endl;
    }
    ~C(){
        std::cout << "destructor C name: " << this->name << std::endl;
    }

    std::string  getName()
    {
        return this->name;
    }

    static void print()
    {
        std::cout << "print height: " << height << std::endl;
    }



private:
public:
    std::string name;

    static int height;
    static D d;
};

// c.cpp
int C::height = 66;

D C::d = D("CD static");

// main.cpp
#include<string>
#include<iostream>
#include"c.h"

void testStatic5()
{
    C c("testStatic5 -- ");
    std::cout << "testStatic5 c name: " << c.getName() << std::endl;
}

static D d("before main inialiaze!");

int main()
{

  std::cout << "enter int main func!!" << std::endl;
  testStatic5();

  return 0;
}

3. 运行时初始化

程序执行到静态变量的定义引用时，才会初始化，因此也被称为“懒汉式初始化”。

比如静态局部变量就是典型的 运行时初始化。

// d.h
class D
{
public:
    D(std::string n):name(n)
    {
        std::cout << "constructor D name: " << this->name << std::endl;
    }
    ~D()
    {
        std::cout << "destructor D name: " << this->name << std::endl;
    }

public:
    std::string name;
};


// main.cpp

#include<iostream>
#include"d.h"


void testStaticInitialize(){
    static D d("testStaticInitialize --- ");
}

int main()
{
  std::cout << "enter int main func!!" << std::endl;
  static D dd("dd --- ");
  testStaticInitialize();

  return 0;
}

输出：

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