C++中static初始化一次的真實含義

海_纳百川發表於2024-11-30
C++

1. static 變數的初始化與賦值

static 變數在 C++ 中有一個特別的性質：它們在程式的生命週期內只會被初始化一次，但之後可以繼續對其進行賦值。

  • 初始化：static 變數在程式的初始化階段（即程式第一次執行時）會被初始化一次。如果是區域性 static 變數，則它會在第一次執行到該變數所在的程式碼行時被初始化；如果是全域性或靜態作用域內的變數，則會在程式啟動時初始化。

  • 賦值：初始化之後，static 變數的值是可以改變的。賦值操作不會改變 static 變數的記憶體地址，也就是說，static 變數的記憶體地址在整個程式執行期間是固定的。賦值只會改變該記憶體地址中儲存的資料，而不會影響變數的地址。

示例：static 變數的初始化和賦值

#include <iostream>

void testStatic() {
    static int x = 10;  // 初始化只發生一次
    std::cout << "x = " << x << std::endl;
    x = 20;  // 賦值，但不重新初始化
    std::cout << "x after assignment = " << x << std::endl;
}

int main() {
    testStatic();  // 第一次呼叫，初始化並賦值為 10
    testStatic();  // 第二次呼叫，x 已初始化，賦值為 20
    return 0;
}

輸出：

x = 10
x after assignment = 20
x = 20
x after assignment = 20

在這個例子中，x 是 static 變數：

  • 第一次呼叫 testStatic() 時，x 會被初始化為 10，之後賦值為 20。
  • 第二次呼叫 testStatic() 時，x 不會重新初始化，而是保持上次賦的值（20），並可以繼續賦值。

記憶體地址不變：無論你如何對 x 進行賦值，x 的記憶體地址始終不變，它依然指向同一塊記憶體位置。

2. 普通變數的初始化與賦值

對於普通的區域性變數，每次進入其作用域時，該變數會被重新初始化，並且會在棧上分配新的記憶體空間。普通變數 可以多次初始化，但每次進入作用域時，都會重新為該變數分配記憶體（除非它是動態分配的，如使用 new）。

  • 初始化：每次進入作用域時，區域性變數都會被重新初始化，並且會重新分配棧空間。
  • 賦值：可以在初始化之後對普通變數進行賦值，但賦值不等於初始化。賦值操作會改變該變數儲存的值，而不會影響它的記憶體位置（除非你是指標型別）。

示例：普通區域性變數的初始化和賦值

#include <iostream>

void testNormal() {
    int x = 10;  // 每次進入函式時都會初始化
    std::cout << "x = " << x << std::endl;
    x = 20;  // 賦值，但記憶體地址不變
    std::cout << "x after assignment = " << x << std::endl;
}

int main() {
    testNormal();  // 第一次呼叫，初始化為 10
    testNormal();  // 第二次呼叫，重新初始化為 10
    return 0;
}

輸出：

x = 10
x after assignment = 20
x = 10
x after assignment = 20

在這個例子中，x 是普通的區域性變數：

  • 每次呼叫 testNormal() 時，x 會被重新初始化，並且會重新分配棧空間。
  • x 的值在初始化後可以被賦值為其他值，但它的記憶體地址在每次呼叫 testNormal() 時都是新的，棧空間會被重新分配。

3. 對比：static 變數與普通變數的差異

特性static 變數普通區域性變數
初始化 只初始化一次，在程式啟動或首次呼叫時初始化 每次進入作用域時初始化
賦值 之後可以多次賦值，但不改變記憶體地址 可以多次賦值，但記憶體地址隨每次進入作用域不同
記憶體管理 只有一塊記憶體空間，記憶體地址固定 每次進入作用域時會重新分配記憶體
生命週期 整個程式執行期間（從程式啟動到結束） 僅在作用域內有效，出作用域時銷燬

4. 棧空間與堆空間的對比（記憶體分配）

  • 棧空間（stack）：區域性變數（普通變數）通常儲存在棧上。每次進入作用域時，棧空間會為變數分配記憶體，離開作用域時銷燬。這是 自動記憶體管理。

  • 堆空間（heap）：使用 new 或 malloc 分配的記憶體則來自堆。堆上的記憶體通常需要顯式釋放（如透過 delete 或 free），否則會導致記憶體洩漏。

5. 結論

  • static 變數：初始化只發生一次，記憶體地址在整個程式的生命週期內固定，不會發生變化。之後的賦值只是改變其儲存的值，而不會改變記憶體地址。
  • 普通區域性變數：每次進入作用域時會重新分配記憶體，並且會重新初始化。因此，每次函式呼叫時，區域性變數的記憶體空間是不同的。

總結來說，static 變數不會在每次呼叫時重新分配記憶體，它的記憶體地址是固定的，而普通區域性變數每次進入作用域時都會重新分配記憶體，記憶體地址不同。

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