static 关键字教程

在 C/C++ 中，static 是一个功能灵活的关键字，可修饰变量（局部变量、全局变量）和函数，核心作用是控制作用域、生命周期或链接属性，不同场景下用法和效果差异较大，需结合具体修饰对象理解。

一、修饰局部变量：延长生命周期至程序运行期

局部变量默认存储在栈区，生命周期随函数调用结束而销毁；用 static 修饰后，局部变量存储在全局数据区，生命周期延长至整个程序运行期间，且仅初始化一次。

语法与示例

#include <stdio.h>

void count() {
    // static局部变量：仅初始化1次，生命周期为程序运行期
    static int num = 0; 
    num++; // 每次调用函数，num值持续累加（不重置）
    printf("调用次数：%d\n", num);
}

int main() {
    count(); // 输出：调用次数：1
    count(); // 输出：调用次数：2
    count(); // 输出：调用次数：3
    return 0;
}

核心特性

1. 生命周期延长：从“函数调用期”变为“程序运行期”，程序结束后才释放内存。
2. 仅初始化一次：即使函数多次调用，static 局部变量的初始化语句（如 num = 0）仅执行一次。
3. 作用域不变：仍局限于所在函数，外部无法直接访问（区别于全局变量）。

二、修饰全局变量：限制作用域为当前文件

全局变量默认存储在全局数据区，生命周期为程序运行期，且具有“外部链接属性”（可通过 extern 在其他文件中访问）；用 static 修饰后，全局变量的链接属性变为“内部链接”，仅能在当前 .c/.cpp 文件中访问，其他文件无法引用。

语法与示例

假设有两个文件：file1.c 和 file2.c

file1.c（定义 static 全局变量）

// static全局变量：仅能在file1.c中访问
static int global_val = 100; 

void printGlobal() {
    printf("global_val: %d\n", global_val); // 合法：同一文件内可访问
}

file2.c（尝试访问 file1.c 的 static 全局变量）

#include <stdio.h>

// 错误：extern无法引用其他文件的static全局变量（链接属性不匹配）
extern int global_val; 

int main() {
    // 编译报错：undefined reference to 'global_val'
    printf("global_val: %d\n", global_val); 
    return 0;
}

核心特性

1. 作用域限制：仅当前文件可见，避免不同文件中同名全局变量的冲突（“命名隔离”）。
2. 生命周期不变：仍为程序运行期，初始化在程序启动时完成。
3. 链接属性变化：从“外部链接”变为“内部链接”，extern 无法跨文件引用。

三、修饰函数：限制作用域为当前文件

函数默认具有“外部链接属性”，可通过 extern 在其他文件中调用；用 static 修饰后，函数变为“内部链接”，仅能在当前文件中被调用，其他文件无法引用该函数。

语法与示例

file1.c（定义 static 函数）

// static函数：仅能在file1.c中调用
static void internalFunc() { 
    printf("这是文件内部函数\n");
}

// 非static函数：可被其他文件调用
void callInternal() {
    internalFunc(); // 合法：同一文件内可调用static函数
}

file2.c（尝试调用 file1.c 的 static 函数）

#include <stdio.h>

// 错误：extern无法引用其他文件的static函数
extern void internalFunc(); 

int main() {
    // 编译报错：undefined reference to 'internalFunc'
    internalFunc(); 
    return 0;
}

核心特性

1. 作用域限制：仅当前文件可见，避免不同文件中同名函数的冲突（常用于“文件内部工具函数”）。
2. 链接属性变化：从“外部链接”变为“内部链接”，extern 无法跨文件调用。

四、C++ 中的额外用法：修饰类成员（静态成员）

C++ 中，static 可修饰类的成员变量和成员函数，称为“静态成员”，其核心特点是属于类本身，而非类的某个对象，所有对象共享静态成员。

1. 静态成员变量

• 存储在全局数据区，生命周期为程序运行期，仅初始化一次（需在类外单独初始化）。
• 所有对象共享该变量，修改一个对象的静态成员变量，会影响所有对象。

示例

#include <iostream>
using namespace std;

class Student {
public:
    // 静态成员变量：属于Student类，所有对象共享
    static int totalCount; 
    string name;

    Student(string n) : name(n) {
        totalCount++; // 每创建一个对象，总人数+1
    }
};

// 静态成员变量必须在类外初始化（类内仅声明）
int Student::totalCount = 0; 

int main() {
    Student s1("张三");
    Student s2("李四");
    // 两种访问方式：类名::静态变量 / 对象.静态变量
    cout << "总人数（类访问）：" << Student::totalCount << endl; // 输出：2
    cout << "总人数（对象访问）：" << s1.totalCount << endl;      // 输出：2
    return 0;
}

2. 静态成员函数

• 属于类本身，不依赖于对象，没有 this 指针（无法访问类的非静态成员，仅能访问静态成员）。
• 调用方式：类名::静态函数() 或 对象.静态函数()（推荐前者，更清晰）。

示例

#include <iostream>
using namespace std;

class MathUtil {
public:
    // 静态成员函数：无this指针，仅能访问静态成员
    static int add(int a, int b) { 
        return a + b;
    }

    // 错误：静态函数无法访问非静态成员（无this指针）
    // static int getVal() { return val; } 
    int val; // 非静态成员
};

int main() {
    // 无需创建对象，直接通过类名调用静态函数
    cout << "3 + 5 = " << MathUtil::add(3, 5) << endl; // 输出：8
    return 0;
}

五、static 关键字核心特性总结

修饰对象	核心作用	生命周期	作用域/链接属性
局部变量	延长生命周期至程序运行期，仅初始化一次	程序运行期	所在函数内（不变）
全局变量	限制作用域为当前文件	程序运行期（不变）	从“外部链接”变为“内部链接”
函数
C++类成员变量	属于类，所有对象共享，需类外初始化	程序运行期	类内可见，可通过类名/对象访问
C++类成员函数	属于类，无this指针，仅访问静态成员		类内可见，可通过类名/对象调用

六、注意事项

1. 初始化位置：
   • C/C++ 中，static 全局变量、静态局部变量的初始化在程序启动时（主函数执行前）完成，且仅一次。
   • C++ 类的静态成员变量必须在类外单独初始化（类内仅声明，初始化格式：类型 类名::变量名 = 初始值）。
2. 线程安全：
   • 静态变量（尤其是静态局部变量）在多线程环境下可能存在“初始化竞争”问题（C++11后静态局部变量初始化已线程安全，但修改仍需加锁）。
3. 避免滥用：
   • 静态局部变量会延长内存占用，长期运行的程序需注意内存泄漏风险。
   • 静态全局变量/函数会增加文件间耦合，非必要不使用（优先用“局部变量+函数参数”传递数据）。

七、常见面试考点

1. static 局部变量与普通局部变量的区别：生命周期、初始化次数、存储区域。
2. static 全局变量与普通全局变量的区别：链接属性（跨文件访问能力）。
3. C++ 静态成员函数为什么不能访问非静态成员：无 this 指针，无法定位到具体对象的非静态成员。
4. static 关键字的作用总结：按“修饰局部变量、全局变量、函数、类成员”分类回答。