c++中static的用法

static是c++中的一个关键字，其共有四种用法，下面分开进行介绍。

一、静态局部变量——在函数内部声明的静态变量

使用static在函数内部修饰局部变量，可以将变量声明为静态局部变量。即使函数结束，静态局部变量的值也会保留，用于记录历史信息。

void count() {
    static int counter = 0; // 静态局部变量
    counter++;
    std::cout << counter << std::endl;
}

当多次调用count()函数时，counter变量的值会累加，而不是每次都从0开始。

静态局部变量的性质

1. 存储位置

• 静态局部变量存放在静态存储区（全局/静态区），而不是栈。
• 与全局变量存储位置相同

2. 生命周期

• 在程序启动时或函数首次执行到声明处时初始化。
• 一直存活到程序结束，不会因为函数退出而销毁。
• 与普通局部变量不同，普通局部变量每次函数调用时都会重新创建和销毁。

3. 作用域

• 作用域仍然是局部的，只能在声明它的函数或代码块中访问。
• 但不同调用之间共享同一份数据。

4. 初始化规则

• 如果显式初始化，只会在第一次执行到定义处时初始化一次。
• 如果没有显式初始化，则会被零初始化（基本类型初始化为0，指针类型初始化为nullptr）。

5. 线程安全（C++11开始）

• C++11保证了静态局部变量的初始化是线程安全的。
• 多个线程同时进入时，只有一个线程会执行初始化，其他线程阻塞等待。

二、静态全局变量——在函数外部声明的静态变量

其作用范围局限于声明它的文件内，通常用于在一个文件内共享信息，但防止其他文件访问。

// file1.cpp
static int counter = 0; // 静态全局变量

该counter只能在file1.cpp中访问，其他的.cpp文件是无法访问的。

静态全局变量的性质

1. 存储位置

• 与普通全局变量一样，存放在静态存储区。

2. 作用域

• 普通全局变量->默认有外部链接，可以被其他文件使用extern引用。
• 静态全局变量->具有内部链接，只在定义它的源文件内可见，不能被其他文件访问。

3. 初始化

• 只会初始化一次。
• 没有显示初始化时，编译器会自动初始化为0。

4. 生命周期

• 和程序运行期一致。

使用场景

1. 避免全局变量命名冲突

• 如果在多个源文件内都定义了相同名字的全局变量，可能会导致链接错误；使用static限制在文件内部，可以避免冲突。

2. 实现文件内共享的状态

• 当一个变量需要在整个文件内多处使用，但不想暴露给其他文件时，可以使用静态全局变量。

三、静态成员变量——类中的静态成员变量

其是类中所有对象共有的。静态成员变量在所有对象中有且仅有一个副本，通常用于所有对象需要共享同一个变量的时候。

class MyClass {
public:
    static int counter; // 静态成员变量
};

// 需要在类定义的外部初始化静态成员变量
int MyClass::counter = 0;

// 所有的 MyClass 对象都会共享同一个 counter 变量。

C++17开始，若在类内声明时加上inline，就可以直接在类内初始化，而不必在类外再定义

class MyClass {
public:
    inline static int counter = 0; // C++17新增写法
};

静态成员变量的性质

1. 存储位置

• 存放在静态存储区。

2. 作用域

• 作用域属于类作用域

3. 生命周期

• 与程序运行期一致。

4. 初始化

• 类内只是声明，不能直接分配存储空间（C++17之前）。
• 必须在类外定义一次，否贼会链接错误。
• 如果是const static整形或枚举，可以在类内直接初始化。

使用场景

1. 统计类对象的数量
2. 全局共享资源

• 如数据库连接池、日志开关，只需要一份全局数据，但封装在类中更合理。

3. 与静态成员函数配合

• 静态成员函数不能访问普通成员变量，但可以访问静态成员变量。

四、静态成员函数——类中的静态成员函数

其也是类中所有对象所共有的。静态成员函数只能访问静态成员数据，其他静态成员函数和类外部的其他函数。

class MyClass {
public:
    static int counter;
    static void increaseCounter() { // 静态成员函数
        counter++;
    }
};

int MyClass::counter = 0;
// 可以通过类名和作用域解析运算符直接调用静态成员函数，不需要创建对象。
MyClass::increaseCounter();

静态成员函数的性质

1. 不依赖对象存在
2. 没有this指针

• 在静态成员函数内部不能访问非静态成员变量，也不能调用非静态成员函数。

3. 作用域属于类
4. 生命周期

• 整个程序运行期。

使用场景

1. 操作静态成员变量
2. 作为工具函数

• 可以写一些与类相关，但不依赖对象的函数。

class MathUtil {
public:
    static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
};

int main() {
    std::cout << MathUtil::add(3, 5) << std::endl; // 输出 8
}

参考

static在C++中的四种用法