c語言中static用法總結

一、c程序存儲空間布局

 

C程序一直由下列部分組成：

1. 正文段——CPU執行的機器指令部分；一個程序只有一個副本；只讀，防止程序由於意外事故而修改自身指令；
2. 初始化數據段（數據段）——在程序中所有賦了初值的全局變量，存放在這裡。
3. 非初始化數據段（bss段）——在程序中沒有初始化的全局變量；內核將此段初始化為0。
4. 棧——增長方向：自頂向下增長；自動變量以及每次函數調用時所需要保存的信息（返回地址；環境信息）。
5. 堆——動態存儲分。

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|    棧    |  
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|   /|    |
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|    堆    |
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| 未初始化|
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| 初始化 |
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| 正文段 |

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二、 面向過程程序設計中的static

 

1. 全局靜態變量

在全局變量之前加上關鍵字static，全局變量就被定義成為一個全局靜態變量。

1. 內存中的位置：靜態存儲區（靜態存儲區在整個程序運行期間都存在）
2. 初始化：未經初始化的全局靜態變量會被程序自動初始化為0（自動對象的值是任意的，除非他被顯示初始化）
3. 作用域：全局靜態變量在聲明他的文件之外是不可見的。准確地講從定義之處開始到文件結尾。

看下面關於作用域的程序：

查看原始代碼

1. //teststatic1.c
2. void display();
3. extern int n;
4. int main()
5. {
6. n = 20;
7. printf("%dn",n);
8. display();
9. return 0;
10. }

  

查看原始代碼

1. //teststatic2.c
2. static int n; //定義全局靜態變量，自動初始化為0，僅在本文件中可見
3. void display()
4. {
5. n++;
6. printf("%dn",n);
7. }

文件分別編譯通過，但link的時候teststatic1.c中的變量n找不到定義，產生錯誤。
 
定義全局靜態變量的好處：
<1>不會被其他文件所訪問，修改

<2>其他文件中可以使用相同名字的變量，不會發生沖突。

 

2. 局部靜態變量

在局部變量之前加上關鍵字static，局部變量就被定義成為一個局部靜態變量。

1. 內存中的位置：靜態存儲區
2. 初始化：未經初始化的全局靜態變量會被程序自動初始化為0（自動對象的值是任意的，除非他被顯示初始化）
3. 作用域：作用域仍為局部作用域，當定義它的函數或者語句塊結束的時候，作用域隨之結束。

注：當static用來修飾局部變量的時候，它就改變了局部變量的存儲位置，從原來的棧中存放改為靜態存儲區。但是局部靜態變量在離開作用域之後，並沒有被銷毀，而是仍然駐留在內存當中，直到程序結束，只不過我們不能再對他進行訪問。

      當static用來修飾全局變量的時候，它就改變了全局變量的作用域（在聲明他的文件之外是不可見的），但是沒有改變它的存放位置，還是在靜態存儲區中。

 

3. 靜態函數
  在函數的返回類型前加上關鍵字static，函數就被定義成為靜態函數。
  函數的定義和聲明默認情況下是extern的，但靜態函數只是在聲明他的文件當中可見，不能被其他文件所用。
  例如：

查看原始代碼

1. //teststatic1.c
2. void display();
3. static void staticdis();
4. int main()
5. {
6. display();
7. staticdis();
8. renturn 0;
9. }

 

查看原始代碼

1. //teststatic2.c
2. void display()
3. {
4. staticdis();
5. printf("display() has been called n");
6. }
8. static void staticdis()
9. {
10. printf("staticDis() has been calledn");
11. }

 
文件分別編譯通過，但是連接的時候找不到函數staticdis()的定義，產生錯誤。
 
定義靜態函數的好處：
<1> 其他文件中可以定義相同名字的函數，不會發生沖突
<2> 靜態函數不能被其他文件所用。
 
存儲說明符auto，register，extern，static，對應兩種存儲期：自動存儲期和靜態存儲期。
 
auto和register對應自動存儲期。具有自動存儲期的變量在進入聲明該變量的程序塊時被建立，它在該程序塊活動時存在，退出該程序塊時撤銷。

關鍵字extern和static用來說明具有靜態存儲期的變量和函數。用static聲明的局部變量具有靜態存儲持續期（static storage duration），或靜態范圍（static extent）。雖然他的值在函數調用之間保持有效，但是其名字的可視性仍限制在其局部域內。靜態局部對象在程序執行到該對象的聲明處時被首次初始化。

 

由於static變量的以上特性，可實現一些特定功能。
1． 統計次數功能
聲明函數的一個局部變量，並設為static類型，作為一個計數器，這樣函數每次被調用的時候就可以進行計數。這是統計函數被調用次數的最好的辦法，因為這個變量是和函數息息相關的，而函數可能在多個不同的地方被調用，所以從調用者的角度來統計比較困難。代碼如下：
 

查看原始代碼

1. void count();
2. int main()
3. {
4. int i;
5. for (i = 1; i <= 3; i++)
6. count();
7. return 0;
8. }
9. void count()
10. {
11. static num = 0;
12. num++;
13. printf(" I have been called %d",num,"timesn");
14. }

輸出結果為：
I have been called 1 times.
 

C語言程序可以看成由一系列外部對象構成，這些外部對象可能是變量或函數。而內部變量是指定義在函數內部的函數參數及變量。外部變量定義在函數之外，因此可以在許多函數中使用。由於C語言不允許在一個函數中定義其它函數，因此函數本身只能是“外部的”。

 

      由於C語言代碼是以文件為單位來組織的，在一個源程序所有源文件中，一個外部變量或函數只能在某個文件中定義一次，而其它文件可以通過extern聲明來訪問它（定義外部變量或函數的源文件中也可以包含對該外部變量的extern聲明）。

 

      而static則可以限定變量或函數為靜態存儲。如果用static限定外部變量與函數，則可以將該對象的作用域限定為被編譯源文件的剩余部分。通過static限定外部對象，可以達到隱藏外部對象的目的。因而，static限定的變量或函數不會和同一程序中其它文件中同名的相沖突。如果用static限定內部變量，則該變量從程序一開始就擁有內存，不會隨其所在函數的調用和退出而分配和消失。

 

C語言中使用靜態函數的好處：

1. 靜態函數會被自動分配在一個一直使用的存儲區，直到退出應用程序實例，避免了調用函數時壓棧出棧，速度快很多。
2. 關鍵字“static”，譯成中文就是“靜態的”，所以內部函數又稱靜態函數。但此處“static”的含義不是指存儲方式，而是指對函數的作用域僅局限於本文件。 

 

使用內部函數的好處是：不同的人編寫不同的函數時，不用擔心自己定義的函數，是否會與其它文件中的函數同名，因為同名也沒有關系。

 

c語言中static的語義

1.static變量:

1).局部
a.靜態局部變量在函數內定義,生存期為整個源程序，但作用域與自動變量相同，只能在定義該變量的函數內使用。退出該函數後， 盡管該變量還繼續存在，但不能使用它。
b.對基本類型的靜態局部變量若在說明時未賦以初值，則系統自動賦予0值。而對自動變量不賦初值，則其值是不定的。
2).全局

全局變量本身就是靜態存儲方式， 靜態全局變量當然也是靜態存儲方式。但是他們的作用域，非靜態全局 變量的作用域是整個源程序（多個源文件可以共同使用）； 而靜態全局變量則限制了其作用域， 即只在定義該變量的源文件內有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。

 

2.static函數（也叫內部函數）
只能被本文件中的函數調用，而不能被同一程序其它文件中的函數調用。區別於一般的非靜態函數（外部函數） 
    static在c裡面可以用來修飾變量，也可以用來修飾函數。
         先看用來修飾變量的時候。變量在c裡面可分為存在全局數據區、棧和堆裡。其實我們平時所說的堆棧是棧而不包含對，不要弄混。
       

查看原始代碼

1. int a ;
2. main()
3. {
4. int b ;
5. int c* = (int *)malloc(sizeof(int));
6. }

a是全局變量，b是棧變量，c是堆變量。

 

        static對全局變量的修飾，可以認為是限制了只能是本文件引用此變量。有的程序是由好多.c文件構成。彼此可以互相引用變量，但加入static修飾之後，只能被本文件中函數引用此變量。
        static對棧變量的修飾，可以認為棧變量的生命周期延長到程序執行結束時。一般來說，棧變量的生命周期由OS管理，在退棧的過程中，棧變量的生命也就結束了。但加入static修飾之後，變量已經不在存儲在棧中，而是和全局變量一起存儲。同時，離開定義它的函數後不能使用，但如再次調用定義它的函數時，它又可繼續使用， 而且保存了前次被調用後留下的值。
       static對函數的修飾與對全局變量的修飾相似，只能被本文件中的函數調用，而不能被同一程序其它文件中的函數調用。 
      static 聲明的變量在C語言中有兩方面的特征：

1)、變量會被放在程序的全局存儲區中，這樣可以在下一次調用的時候還可以保持原來的賦值。這一點是它與堆棧變量和堆變量的區別。 
2)、變量用static告知編譯器，自己僅僅在變量的作用范圍內可見。這一點是它與全局變量的區別。

 

問題：Static的理解

關於static變量，請選擇下面所有說法正確的內容：
A、若全局變量僅在單個C文件中訪問，則可以將這個變量修改為靜態全局變量，以降低模塊間的耦合度；
B、若全局變量僅由單個函數訪問，則可以將這個變量改為該函數的靜態局部變量，以降低模塊間的耦合度；
C、設計和使用訪問動態全局變量、靜態全局變量、靜態局部變量的函數時，需要考慮重入問題；
D、靜態全局變量過大，可那會導致堆棧溢出。 
答案與分析：
對於A，B：根據本篇概述部分的說明b)，我們知道，A,B都是正確的。
對於C：根據本篇概述部分的說明a)，我們知道，C是正確的（所謂的函數重入問題，下面會詳細闡述）。
對於D：靜態變量放在程序的全局數據區，而不是在堆棧中分配，所以不可能導致堆棧溢出，D是錯誤的。
因此，答案是A、B、C。
問題：不可重入函數
曾經設計過如下一個函數，在代碼檢視的時候被提醒有bug，因為這個函數是不可重入的，為什麼？

查看原始代碼

1. unsigned int sum_int( unsigned int base )
2. {
3. unsigned int index;
4. static unsigned int sum = 0; // 注意，是static類型的。
5. for (index = 1; index <= base; index++)
6. {
7. sum += index;
8. }
9. return sum;
10. }

答案與分析：
所謂的函數是可重入的（也可以說是可預測的），即：只要輸入數據相同就應產生相同的輸出。
這個函數之所以是不可預測的，就是因為函數中使用了static變量，因為static變量的特征，這樣的函數被稱為：帶“內部存儲器”功能的的函數。因此如果我們需要一個可重入的函數，那麼，我們一定要避免函數中使用static變量，這種函數中的static變量，使用原則是，能不用盡量不用。
將上面的函數修改為可重入的函數很簡單，只要將聲明sum變量中的static關鍵字去掉，變量sum即變為一個auto 類型的變量，函數即變為一個可重入的函數。
當然，有些時候，在函數中是必須要使用static變量的，比如當某函數的返回值為指針類型時，則必須是static的局部變量的地址作為返回值，若為auto類型，則返回為錯指針。