详解C++中static的用法

C 语言的 static 关键字有三种（具体来说是两种）用途：

1. 静态局部变量：用于函数体内部修饰变量，这种变量的生存期长于该函数。

int foo(){
  static int i = 1; // note:1
  //int i = 1; // note:2
  i += 1;
  return i;
} 

要明白这个用法，我们首先要了解c/c++的内存分布，以及static所在的区间。

对于一个完整的程序，在内存中的分布情况如下图：　

1.栈区： 由编译器自动分配释放，像局部变量，函数参数，都是在栈区。会随着作用于退出而释放空间。
3.堆区：程序员分配并释放的区域，像malloc(c),new(c++)
3.全局数据区(静态区)：全局变量和静态便令的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束释放。
4.代码区

所以上面note:1的static是在全局数据区分配的,那么它存在的意思是什么？又是什么时候初始化的呢？

首先回答第一个问题：它存在的意义就是随着第一次函数的调用而初始化，却不随着函数的调用结束而销毁(如果把以上的note:1换成note:2,那么i就是在栈区分配了，会随着foo的调用结束而释放)。
那么第二个问题也就浮出水面了，它是在第一次调用进入note:1的时候初始化（当初面试被坑过，我居然说是一开始就初始化了，汗！！）。且只初始化一次，也就是你第二次调用foo(),不会继续初始化，而会直接跳过。

那么它跟定义一个全局变量有什么区别呢，同样是初始化一次，连续调用foo()的结果是一样的，但是，使用全局变量的话，变量就不属于函数本身了，不再仅受函数的控制，给程序的维护带来不便。

　　静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区，而不是保存在栈中，每次的值保持到下一次调用，直到下次赋新值。

那么我们总结一下，静态局部变量的特点（括号内为note:2,也就是局部变量的对比）：

（1）该变量在全局数据区分配内存(局部变量在栈区分配内存);
（2）静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化，即以后的函数调用不再进行初始化(局部变量每次函数调用都会被初始化);
（3）静态局部变量一般在声明处初始化，如果没有显式初始化，会被程序自动初始化为0(局部变量不会被初始化);
（4）它始终驻留在全局数据区，直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域，也就是不能在函数体外面使用它(局部变量在栈区，在函数结束后立即释放内存);

2.静态全局变量：定义在函数体外，用于修饰全局变量，表示该变量只在本文件可见。

static int i = 1; //note:3
//int i = 1; //note:4
int foo()
{
  i += 1;
  return i;
} 

note:3和note:4有什么差异呢？你调用foo(),无论调用几次，他们的结果都是一样的。也就是说在本文件内调用他们是完全相同的。那么他们的区别是什么呢？
文件隔离！

假设我有一个文件a.c,我们再新建一个b.c,内容如下。

//file a.c
//static int n = 15; //note:5
int n = 15; //note:6
//file b.c
#include <stdio.h>
extern int n;
void fn()
{
  n++;
  printf("after: %d\n",n);
}
void main()
{
  printf("before: %d\n",n);
  fn();
} 

我们先使用note:6,也就是非静态全局变量，发现输出为:

before: 15
after: 16

也就是我们的b.c通过extern使用了a.c定义的全局变量。

那么我们改成使用note:5,也就是使用静态全局变量呢？

gcc a.c b.c -o output.out

会出现类似undeference to "n"的报错，它是找不到n的，因为static进行了文件隔离，你是没办法访问a.c定义的静态全局变量的，当然你用 #include "a.c",那就不一样了。

以上我们就可以得出静态全局变量的特点：

静态全局变量不能被其它文件所用(全局变量可以);
其它文件中可以定义相同名字的变量，不会发生冲突(自然了，因为static隔离了文件，其它文件使用相同的名字的变量，也跟它没关系了);

3.静态函数：准确的说，静态函数跟静态全局变量的作用类似：

//file a.c
#include <stdio.h>
void fn()
{
  printf("this is non-static func in a");
}
//file b.c
#include <stdio.h>
extern void fn(); //我们用extern声明其他文件的fn(),供本文件使用。
void main()
{
  fn();
} 

可以正常输出：this is non-static func in a。

当给void fn()加上static的关键字之后呢？ undefined reference to "fn".

所以，静态函数的好处跟静态全局变量的好处就类似了：

1.静态函数不能被其它文件所用;
2.其它文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突;

上面一共说了三种用法，为什么说准确来说是两种呢？

1.一种是修饰变量，一种是修饰函数，所以说是两种（这种解释不多）。
2.静态全局变量和修饰静态函数的作用是一样的，一般合并为一种。（这是比较多的分法）。

C++ 语言的 static 关键字有二种用途：

当然以上的几种，也可以用在c++中。还有额外的两种用法：

1.静态数据成员：用于修饰 class 的数据成员，即所谓“静态成员”。这种数据成员的生存期大于 class 的对象（实体 instance）。静态数据成员是每个 class 有一份，普通数据成员是每个 instance 有一份，因此静态数据成员也叫做类变量，而普通数据成员也叫做实例变量。

#include<iostream>
using namespace std;
class Rectangle
{
private:
  int m_w,m_h;
  static int s_sum;
public:
  Rectangle(int w,int h)
  {
    this->m_w = w;
    this->m_h = h;
    s_sum += (this->m_w * this->m_h);
  }
  void GetSum()
  {
    cout<<"sum = "<<s_sum<<endl;
  }
};
int Rectangle::s_sum = 0; //初始化
int main()
{
  cout<<"sizeof(Rectangle)="<<sizeof(Rectangle)<<endl;
  Rectangle *rect1 = new Rectangle(3,4);
  rect1->GetSum();
  cout<<"sizeof(rect1)="<<sizeof(*rect1)<<endl;
  Rectangle rect2(2,3);
  rect2.GetSum();
  cout<<"sizeof(rect2)="<<sizeof(rect2)<<endl;
  system("pause");
  return 0;
} 

结果如下：

由图可知：sizeof(Rectangle)=8bytes=sizeof(m_w)+sizeof(m_h)。也就是说 static 并不占用Rectangle的内存空间。

那么static在哪里分配内存的呢？是的，全局数据区(静态区)。

再看看GetSum()，第一次12=3*4，第二次18=12+2*3。由此可得，static只会被初始化一次，于实例无关。

结论：

对于非静态数据成员，每个类对象(实例)都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成员，由该类型的所有对象共享访问,对该类的多个对象来说，静态数据成员只分配一次内存。
静态数据成员存储在全局数据区。静态数据成员定义时要分配空间，所以不能在类声明中定义。

也就是说，你每new一个Rectangle，并不会为static int s_sum的构建一份内存拷贝，它是不管你new了多少Rectangle的实例，因为它只与类Rectangle挂钩，而跟你每一个Rectangle的对象没关系。

2、静态成员函数：用于修饰 class 的成员函数。

我们对上面的例子稍加改动：

#include<iostream>
using namespace std;
class Rectangle
{
private:
  int m_w,m_h;
  static int s_sum;
public:
  Rectangle(int w,int h)
  {
    this->m_w = w;
    this->m_h = h;
    s_sum += (this->m_w * this->m_h);
  }
  static void GetSum() //这里加上static
  {
    cout<<"sum = "<<s_sum<<endl;
  }
};
int Rectangle::s_sum = 0; //初始化
int main()
{
  cout<<"sizeof(Rectangle)="<<sizeof(Rectangle)<<endl;
  Rectangle *rect1 = new Rectangle(3,4);
  rect1->GetSum();
  cout<<"sizeof(rect1)="<<sizeof(*rect1)<<endl;
  Rectangle rect2(2,3);
  rect2.GetSum(); //可以用对象名.函数名访问
  cout<<"sizeof(rect2)="<<sizeof(rect2)<<endl;
  Rectangle::GetSum(); //也可以可以用类名::函数名访问
  system("pause");
  return 0;
} 

上面注释可见:对GetSum()加上static，使它变成一个静态成员函数，可以用类名::函数名进行访问。

那么静态成员函数有特点呢？

1.静态成员之间可以相互访问，包括静态成员函数访问静态数据成员和访问静态成员函数;
2.非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据成员;
3.静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员;
4.调用静态成员函数，可以用成员访问操作符(.)和(->)为一个类的对象或指向类对象的指针调用静态成员函数,也可以用类名::函数名调用(因为他本来就是属于类的，用类名调用很正常)

前三点其实是一点：静态成员函数不能访问非静态(包括成员函数和数据成员)，但是非静态可以访问静态，有点晕吗？没关系，我给你个解释，因为静态是属于类的，它是不知道你创建了10个还是100个对象，所以它对你对象的函数或者数据是一无所知的，所以它没办法调用，而反过来，你创建的对象是对类一清二楚的(不然你怎么从它那里实例化呢)，所以你是可以调用类函数和类成员的，就像不管GetSum是不是static，都可以调用static的s_sum一样。