static|extern|匿名空间

一 static用法

引用

1、限制作用域

这一点相对于普通全局变量和static全局变量来说的。
对于全局变量而言,不论是普通全局 变量还是static全局变量,其存储区都是静态存储区,因此在内存分配上没有什么区别。

区 别在于:

1) (*extern)普通的全局变量和函数,其作用域为整个程序或项目,外部文件(其它cpp文件)可以通过extern关键字访问该变量和函数。一般不提倡这种用法,如果要在多个cpp文件间共享数据,应该将数据声明为extern类型。

在头文件里声明为extern:
extern int g_value; // 注意,不要初始化值
然后在其中任何一个包含该头文件的cpp中初始化(一次)就好:
int g_value = 0; // 初始化一样不要extern修饰,因为extern也是声明性关键字;
然后所有包含该头文件的cpp文件都可以用g_value这个名字访问相同的一个变量;

2)static全局变量和函数,其作用域为当前cpp文件,其它的cpp文件不能访问该变量和函数。如果有两个cpp文件声明了同名的全局静态变量,那么他们实际上是独立的两个变量。

static函数的好处是不同的人编写不同的函数时,不用担心自己定义的函数,是否会与其它文件中的函数同名。

在头文件中的static变量
如果在一个头文件中声明:
static int g_vaule = 0;
那么会为每个包含该头文件的cpp都创建一个全局变量,但他们都是独立的;所以也不建议这样的写法,一样不明确需要怎样使用这个变量,因为只是创建了一组同名而不同作用域的变量。

2、数据唯一性

这是C++对static关键字的重用。主要指静态数据成员/成员函数。

表示属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数. 这是与普通成员函数的最大区别, 也是其应用所在, 比如在对某一个类的对象进行计数时, 计数生成多少个类的实例, 就可以用到静态数据成员. 在这里面, static既不是限定作用域的, 也不是扩展生存期的作用, 而是指示变量/函数在此类中的唯一性. 这也是”属于一个类而不是属于此类的任何特定对象的变量和函数”的含义. 因为它是对整个类来说是唯一的, 因此不可能属于某一个实例对象的. (针对静态数据成员而言, 成员函数不管是否是static, 在内存中只有一个副本, 普通成员函数调用时, 需要传入this指针, static成员函数调用时, 没有this指针. )

static数据成员的初始化:

  • (1) 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。
  • (2) 初始化时不加该成员的访问权限控制符private,public等。
  • (3) 初始化时使用作用域运算符来标明它所属类,因此,静态数据成员是类的成员,而不是对象的成员。
  • (4) 静态数据成员是静态存储的,它是静态生存期,必须对它进行初始化。

Static成员函数

静态成员函数和静态数据成员一样,它们都属于类的静态成员,它们都不是对象成员。因此,对静态成员的引用不需要用对象名。

静态成员函数仅能访问静态的数据成员,不能访问非静态的数据成员,也不能访问非静态的成员函数,这是由于静态的成员函数没有this指针。

3 在C语言中,static的字面意思很容易把我们导入歧途,其实它的作用有三条。

(1)先来介绍它的第一条也是最重要的一条:隐藏

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。为理解这句话,我举例来说明。我们要同时编译两个源文件,一个是a.c,另一个是main.c。

下面是a.c的内容

char a = 'A'; // global variable
void msg()
{
     printf("Hello\n");
}

下面是main.c的内容

int main(void)
{    
    extern char a;    // extern variable must be declared before use
     printf("%c ", a);
     (void)msg();
    return 0;
}

程序的运行结果是:

A Hello

你可能会问:为什么在a.c中定义的全局变量a和函数msg能在main.c中使用?前面说过,所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性,其它的源文件也能访问。此例中,a是全局变量,msg是函数,并且都没有加static前缀,因此对于另外的源文件main.c是可见的。

如果加了static,就会对其它源文件隐藏。例如在a和msg的定义前加上static,main.c就看不到它们了。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。(2)static的第二个作用是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。虽然这种用法不常见,但我还是举一个例子。

#include <stdio.h>

int fun(void){
    static int count = 10;    // 事实上此赋值语句从来没有执行过
    return count--;
}

int count = 1;
int main(void)
{    
     printf("global\t\tlocal static\n");
    for(; count <= 10; ++count)
         printf("%d\t\t%d\n", count, fun());    
    return 0;
}

程序的运行结果是:

global          local static
1               10
2               9
3               8
4               7
5               6
6               5
7               4
8                3
9               2
10              1

(3)static的第三个作用是默认初始化为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’。不妨做个小实验验证一下。

#include <stdio.h>

int a;
int main(void)
{
    int i;
    static char str[10];
     printf("integer: %d;   string: (begin)%s(end)", a, str);
    return 0;
}

程序的运行结果如下

integer: 0; string: (begin)(end)

最后对static的三条作用做一句话总结。首先static的最主要功能是隐藏,其次因为static变量存放在静态存储区,所以它具备持久性和默认值0。

二 extern

extern修饰的关键字,具有文件外部链接,但是声明extern变量时,编译器并不会给这个变量分配内存,在另外的文件中定义这个文件时才会为其分配内存,一旦声明了extern关键字,对编译器来意味着:

  • 这个变量声明(即数据类型和变量名,但是编译器并没有分配内存)
  • 这个变量的定义在其他文件中(在定义变量的文件中编译器才会为其分配内存)

最好将extern变量的声明放在头文件中,将变量的定义放在一个源文件中。

1 头文件 (参考2.1.1)
在头文件里声明为extern:
extern int g_value; // 注意,不要初始化值
然后在其中任何一个包含该头文件的cpp中初始化(一次)就好:
int g_value = 0; // 初始化一样不要extern修饰,因为extern也是声明性关键字;
然后所有包含该头文件的cpp文件都可以用g_value这个名字访问相同的一个变量;

2 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。
参考2.3.1 与1相同

三 匿名空间

当定义一个命名空间时,可以忽略这个命名空间的名称:

namespce {
char c;
int i;
double d;
}

编译器在内部会为这个命名空间生成一个唯一的名字,而且还会为这个匿名的命名空间生成一条using指令。
(编译器会为匿名空间在当前源文件中生成一个唯一的名字,使当前的文件对匿名空间中的变量可见)
所以上面的代码在效果上等同于:

namespace __UNIQUE_NAME_ {
char c;
int i;
double d;
}
using namespace __UNIQUE_NAME_;

在匿名命名空间中声明的名称也将被编译器转换,与编译器为这个匿名命名空间生成的唯一内部名称(即这里的_UNIQUE_NAME)绑定在一起。还有一点很重要,就是这些名称具有internal链接属性,这和声明为static的全局名称的链接属性是相同的,即名称的作用域被限制在当前文件中,无法通过在另外的文件中使用extern声明来进行链接。如果不提倡使用全局static声明一个名称拥有internal链接属性,则匿名命名空间可以作为一种更好的达到相同效果的方法。
注意:命名空间都是具有external 连接属性的,只是匿名的命名空间产生的UNIQUE_NAME在别的文件中无法得到,这个唯一的名字是不可见的.
C++ 新的标准中提倡使用匿名命名空间,而不推荐使用static,因为static用在不同的地方,涵义不同,容易造成混淆.另外,static不能修饰class

总结

static 常修饰变量或函数 (与匿名空间左右类似,新标准推荐匿名空间)
extern 常修饰变量(对于函数没必要,默认是extern的)
详细

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