C++关键字-static学习笔记

一、static关键字的基本作用

static是C++中一个多功能的关键字，其核心作用是改变变量或函数的存储方式、作用域或生命周期。根据使用场景的不同，static的具体含义和效果会有所差异。

二、静态局部变量（在函数内部使用）

在函数内部声明的变量前加上static，该变量就成为静态局部变量。

特点：

• 生命周期：从第一次函数调用时初始化，直到程序结束才销毁（普通局部变量在函数调用结束后销毁）。
• 作用域：仅在声明它的函数内部可见。
• 初始化：只初始化一次，后续函数调用会保留上次的值。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

int count() {
    static int num = 0; // 静态局部变量
    num++;
    return num;
}

int main() {
    cout << count() << endl; // 输出1
    cout << count() << endl; // 输出2
    cout << count() << endl; // 输出3
    return 0;
}

应用场景：

• 记录函数被调用的次数。
• 实现单例模式（确保某个类只有一个实例）。

三、静态全局变量（在文件作用域声明）

在全局变量前加上static，该变量就成为静态全局变量。

特点：

• 作用域：仅在当前文件中可见（普通全局变量可以被其他文件通过extern引用）。
• 生命周期：从程序开始到程序结束。

示例代码：

// file1.cpp
static int g_val = 10; // 静态全局变量，仅在file1.cpp中可见

// file2.cpp
extern int g_val; // 错误，无法引用file1.cpp中的静态全局变量

应用场景：

• 避免不同文件中的全局变量重名冲突。
• 限制变量的作用域，提高代码的封装性。

四、静态成员变量（在类中声明）

在类的成员变量前加上static，该变量就成为静态成员变量。

特点：

• 存储方式：不属于类的任何实例，而是属于整个类，所有实例共享同一份数据。
• 初始化：必须在类外进行初始化（语法：数据类型 类名::变量名 = 初始值;）。
• 访问方式：可以通过类名::变量名或对象.变量名访问（需要满足访问权限）。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class Student {
public:
    static int total; // 静态成员变量，记录学生总数
    string name;
};

// 类外初始化静态成员变量
int Student::total = 0;

int main() {
    Student s1;
    s1.name = "张三";
    Student::total++; // 通过类名访问

    Student s2;
    s2.name = "李四";
    s2.total++; // 通过对象访问

    cout << "学生总数：" << Student::total << endl; // 输出2
    return 0;
}

应用场景：

• 存储类级别的共享数据（如统计类的实例数量）。

五、静态成员函数（在类中声明）

在类的成员函数前加上static，该函数就成为静态成员函数。

特点：

• 调用方式：属于整个类，可以通过类名::函数名或对象.函数名调用（需要满足访问权限）。
• 访问限制：只能访问类的静态成员变量和静态成员函数，不能访问非静态成员变量和非静态成员函数（因为没有this指针）。
• 生命周期：不属于任何实例，和类的生命周期一致。

示例代码：

#include <iostream>
using namespace std;

class MathUtil {
public:
    // 静态成员函数，计算两个数的和
    static int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
};

int main() {
    int sum1 = MathUtil::add(3, 5); // 通过类名调用
    MathUtil mu;
    int sum2 = mu.add(2, 7); // 通过对象调用
    cout << sum1 << " " << sum2 << endl; // 输出8 9
    return 0;
}

应用场景：

• 实现工具类函数（如数学计算、数据转换等，不需要访问类的实例数据）。
• 管理静态成员变量（如提供修改或获取静态成员变量的接口）。

六、总结：static在不同场景的作用对比

使用场景	核心作用	生命周期	作用域
静态局部变量	延长局部变量的生命周期	从第一次初始化到程序结束	所在函数内部
静态全局变量	限制全局变量的作用域	从程序开始到程序结束	所在文件内部
静态成员变量	实现类级别的共享数据		类内部（通过类或对象访问）
静态成员函数	实现类级别的工具函数，不依赖实例数据

通过合理使用static关键字，可以提高代码的封装性、减少命名冲突，并实现一些特殊的功能（如单例模式、工具类等）。但需注意避免过度使用，以免增加代码的复杂度和耦合性。