C++ の 静态修饰符(Static)

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发布日期:   2023-02-13

static 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。

static 普通变量

static 修饰的普通变量存储在静态区，其生命周期延长至整个程序结束。只有第一次会执行初始化，若无初始值，则用默认值进行初始化。

class Foo {
 public:
  Foo() { std::cout << "Foo\n"; }
  ~Foo() { std::cout << "~Foo\n"; }
};

void func() { static Foo f; }

int main() {
  std::cout << "Start\n";
  func(); // 初始化 Foo f
  func(); // 不再对 f 初始化
  std::cout << "End\n";
}

// output:
// Start
// Foo
// End
// ~Foo

特别的，static 修饰全局变量时，这个全局变量只能在本文件中访问，不能在其它文件中访问，即便是 extern 外部声明也不可以。

static 函数

static 修饰的函数仅在定义该函数的文件内才能使用。一般在多人开发项目时，为了防止与他人命名空间里的函数重名，可以这么做。

static 类成员变量/类成员函数

static 修饰的类成员变量/类成员函数提供一层类共享语义，即该成员变量/函数不属于任一对象，而是属于整个类，在内存中只占用一份空间，可直接通过 类名::成员变量名 或 类名::成员函数名 访问，而不需要先创建对象。根据这一特点，静态函数中也就不存在 this 指针，也无法使用非静态成员变量。

非静态成员变量依附于特定的对象，而静态成员函数在类实例化之前就已经分配空间，此时非静态成员变量连个影子都见不到，更别说使用了。

class Foo {
 private:
  int non_static{0};

 public:
  // 静态函数既可在类内定义，也可在类外定义
  static void func1();
  static void func2() {
    std::cout << non_static; // ERROR! 不能在静态函数中使用非静态变量
    func();                  // ERROR! 不能在静态函数中调用非静态函数
  }
  void func() { func1(); }   // OK! 可以在非静态函数中调用静态函数，这里的 func1 并不会隐式使用 this

  static int val1；
  static const int val2{2}; // 静态常量可以在类内定义
  static const int val3;
};

void Foo::func1() {}
int Foo::val1 = 1;        // 静态非常量只能在类外定义
const int Foo::val3 = 3;  // 静态常量也能在类外定义

int main() {
  Foo::func1(); // OK!
  Foo::func();  // ERROR! 不能用此法调用非静态函数

  Foo f;
  f.func1();    // OK! 既然 func1 属于 Foo 类，那么任一对象均可调用该函数
}

需要注意的是：

  • 静态成员变量必须先初始化；
  • 构造函数与析构函数、运算符重载这类特殊函数不能用 static 进行修饰；
  • ⚠️如果在类内初始化静态常量，并且采用声明与实现分离的方式编码，则此时在 .cpp 文件中访问 .h 中初始化的 static const 变量则可能报 「undefined reference」 的链接错误。如果遇到这种情况，有两种解决方案

    • 改为类外初始化；

    • 改用 constexpr 在类内初始化；

      之所以说「可能」，是因为在某些情况下编译器可能会直接进行对 .cpp 中的 static const 变量直接用值进行替换，这样就不会用到符号了，也就不会在链接器种报错。

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