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静态变量

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静态变量Static Variable)在计算机编程领域指在程序执行前系统就为之静态分配英语Static memory allocation(也即在运行时中不再改变分配情况)存储空间的一类变量。与之相对应的是在运行时只暂时存在的自动变量(即局部变量)与以动态分配方式获取存储空间的一些对象,其中自动变量的存储空间在调用栈上分配与释放。

概念与定义[编辑]

“静态变量”这一术语有两个容易混淆的定义:

  1. 语言无关的通用定义:与程序有着相同生命周期英语Object lifetime的变量;
  2. C族语言特有的定义:以static存储类声明的变量。

而在以Pascal为代表的许多程序语言中,所有局部变量都由系统自动分配存储空间,而所有全局变量的存储空间则以静态分配的方式获取(对应“静态变量”),因此由于实际上“局部变量”和“全局变量”这两个术语已足以涵盖所有的情况,在这些程序语言中通常不使用“静态变量”这一术语,而直接以“全局变量”代之。一般来说,在这些程序语言中,静态变量就是全局变量,而即使在有明确区分全局和静态变量的程序语言中,在编译后的代码里二者也以相同的方式获取存储空间。而今术语“静态变量”的概念则主要基于C族语言的“static”的定义(即定义2)。

作常量使用[编辑]

静态变量也可以用于存储常数。具体来说,静态变量(全局变量及汇编语言里定义的符号亦同)可用const,constant或final(根据语言决定)等关键字标识,这时其值就会在编译时英语Compile time设定,并且无法在运行时改变。编译器通常将静态常量与文本一起置于目标文件的文本区域,而非常量初始化数据则置于数据区;而如若有需要,有些编译器还可选择为其开辟专用区;为防止常数变量被错误的指针写入覆盖,亦可在这块区域启用内存保护机制。

C族语言中的实现[编辑]

C语言及由其衍生出的C++Objective-C等程序语言中,“static”是用于控制变量的生命周期和连接方式英语Linkage (software)(即其作用域,亦即可见性)的保留字。确切来说,正如C族语言中的extern,auto与register这些保留字一样,static也是一种存储类(此处的“类”与面向对象语言的“”的定义不同)标识。每个变量与函数都有以上的一种存储类标识,如果在声明英语Declaration (computer programming)中没有明确标识其存储类,编译时就会根据上下文来选择其默认存储类,如在源文件里的所有文件级变量对应的默认存储类是extern,而在函数体内的变量对应的则是auto,各存储类的属性如下表所列。

存储类名 生命周期 作用域
extern 静态(程序结束后释放) 外部(整个程序)
static 静态(程序结束后释放) 内部(仅翻译单元,一般指单个源文件)
auto,register 函数调用(调用结束后释放)

易见存储类为extern的变量(包括上面提到的未明确声明存储类的文件级变量)符合前段所述静态变量的定义1,但不符合定义2。

不同情况下的作用[编辑]

除明确标识出变量的生命周期英语Object lifetime外,将变量声明为static存储类还会根据变量属性不同而有一些特殊的作用:

  • 对于静态全局变量来说,针对某一源文件的以static声明的文件级变量与函数的作用域只限于文件内(只在文件内可见),也即“内部连接”,因而可以用来限定变量的作用域
  • 对于静态局部变量来说,在函数内以static声明的变量虽然与自动局部变量的作用域相同(即作用域都只限于函数内),但存储空间是以静态分配而非默认的自动分配方式获取的,因而存储空间所在区域不同(一般来说,静态分配时存储空间于编译时在程序数据段分配,一次分配全程有效;而自动分配时存储空间则是于调用栈上分配,只在调用时分配与释放),且两次调用间变量值始终保持一致;

C示例[编辑]

在C语言中,带有静态变量的程序如下所示:

#include <stdio.h>
 
void func() {
	static int x = 0; // 在对func的三次调用中,x只进行一次初始化
	printf("%d\n", x); // 输出x的值
	x = x + 1;
}
 
int main(int argc, char * const argv[]) {
	func(); // 输出0
	func(); // 输出1
	func(); // 输出2
	return 0;
}

C++示例[编辑]

在C++中,带有含私有静态内部变量的类的程序如下所示:

class Request
{
	private:
		static int count; // 能为外部调用
		string url; // 只能被成员函数调用
 
	public:
		Request() { count++; }
		string getUrl() const { return url; }
		void setUrl(string value) { url = value; }
		static int getCount() { return count; }
};
int Request::count = 0; // count在类外可被调用赋值

参见[编辑]

参考[编辑]