【原創】淺談指標（十二）關於static（上）

計算機知識雜談發表於2022-04-24
指標

0.前言

這個系列基本上是一月一更到兩月一更
今天寫一篇關於static的，內含大量乾貨，做好準備

1.基礎知識的回顧

1.1.記憶體的種類

一般來說，我們之前已經講過的變數（或者說是記憶體）可以大體分為這樣幾種：

  • 全域性變數
  • 區域性變數，也稱為自動變數
  • 使用malloc分配的區域
  • 常量、字串字面量

這裡回顧一下，在C++中，使用const宣告的常量是不可改變的，也就是在編譯期就確定下來了。因此，即使使用指標更改也不會實際修改到它的值。對於全域性變數，const出的值和字串字面量（即使用""括起來的字串），存在常量區，強制改變會使得程式異常退出。

1.2.作用域和生命週期

對於全域性變數，它由始至終都是存在的，作用域是全部。
區域性變數的作用域和宣告週期僅存在一個函式中，當函式返回，它就會從棧中銷燬。
使用malloc分配的記憶體區域，它的生命週期一直到呼叫free為止。
對於字串字面量和常量，它的作用域和宣告週期與全域性變數和區域性變數類似。

2.static的相關用法

2.1.靜態變數的定義

我們把使用static修飾的變數和全域性變數統稱為靜態變數。
靜態變數，顧名思義，就是可以貫穿整個程式執行的時間內的變數。

2.2.static的地址

我們來寫一段程式碼，進行一個實驗：

#include<iostream>
#include<windows.h>
using namespace std;
int a;//全域性變數
static int b;//全域性static變數
void f(void){
    static int c;//定義在函式內的static變數
    printf("c..%p\n",&c);
}
int main(){
    printf("a..%p\n",&a);
    printf("b..%p\n",&b);
    f();
    return 0;
}

（注：今天我換了一臺電腦進行編輯，使用的是codeblocks來編輯，編譯器我設定的是VC）
輸出的結果如下

可以看到，static修飾的變數，與全域性變數的地址是接近的，可以證明它是在全域性儲存區。

2.3.函式體內的static

還是以例子來說明，這樣比較好理解。假如我們寫一個將數字轉為字串的函式：

#include<iostream>
#include<windows.h>
using namespace std;
char *toint(int x){
    char s[1000];
    sprintf(s,"%d",x);
    return s;
}
int main(){
    char s[1000],t[1000];
    strcpy(s,toint(8));
    strcpy(t,toint(10));
    printf("%s\n%s\n",s,t);
    return 0;
}

使用sprintf函式，進行字串間的轉換。
這段程式碼，乍一看似乎沒有問題，而且在我的環境還可以正常執行：（部分環境會Segmentation Fault，就更加能說明這個問題）

但是我們仔細看看，畫面下方報出了一行警告：

（看我選中的一條，上面一條似乎是環境沒有配置到位，先不管了）

這是因為，其中的s陣列是區域性變數，或者說是自動變數，儲存在棧中，在函式返回之後，這個地址就不能再使用了，因為這個陣列已經銷燬了，s地址所在的地方是“無人區”，訪問時就有可能訪問到不該訪問的資料，進而出錯。

對於這一類的問題，解決方法有使用malloc和new來分配記憶體，這樣可以在free之前多次使用：

char *toint(int x){
    char *s=new char [1000];
    sprintf(s,"%d",x);
    return s;
}

這一次沒有報錯。

事實上，還可以使用靜態變數來解決（不過靜態變數主要的用途不在這裡），這樣這個記憶體就不會在返回的時候被釋放。

char *toint(int x){
    static char s[1000];
    sprintf(s,"%d",x);
    return s;
}

同樣沒有報錯。

3.static的更多特性與用途

3.1.在函式退出後，static變數的值保持不變

#include<iostream>
#include<windows.h>
using namespace std;
void f(){
    static int Count;
    printf("%d\n",Count);
    Count++;
}
int main(){
    for(int i=0;i<10;i++){
        f();
    }
}

由於static的變數一直在同一個儲存區，因此可以發現，退出函式時，static變數的值保持不變，輸出結果為：

3.2.多檔案中的使用

static的變數，只能在當前的檔案內進行訪問。

//a.cpp
static int x;

int main(){
  x=100;
  cout<<x<<endl;
  f();
}

//b.cpp
extern int x;
void f(){
  cout<<x<<endl;
}

在b.cpp中，無法訪問a.cpp中的x變數，因為x是使用static修飾的（即使使用了extern進行宣告）

包括函式也可以使用static進行修飾：

static int f();

關於更多的內容，敬請期待：
【原創】淺談指標（十三）關於static（下）

（預計5月釋出）

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