關(guān)鍵字Static的使用詳解
粉絲提問(wèn)
粉絲問(wèn)題，總結(jié)一下：關(guān)鍵字static的使用方法。
問(wèn)題
要想搞清楚關(guān)鍵字static的使用方法，必須首先搞清楚，可執(zhí)行程序段的分類(lèi)以及各段在內(nèi)存區(qū)的邏輯地址的映射。
本文配套視頻，請(qǐng)見(jiàn)次條文章《【視頻講解】C語(yǔ)言static關(guān)鍵詞》
一、可執(zhí)行程序內(nèi)存分配
1. 可執(zhí)行程序程序分段
一個(gè)程序的3個(gè)基本段：text段，data段，bss段
BSS BSS(Block Started by Symbol)通常是指用來(lái)存放程序中未初始化的全局變量和靜態(tài)變量的一塊內(nèi)存區(qū)域。
特點(diǎn)是:可讀寫(xiě)的，在程序執(zhí)行之前BSS段會(huì)自動(dòng)清0。
所以，未初始的全局變量在程序執(zhí)行之前已經(jīng)成0了。
注意和數(shù)據(jù)段的區(qū)別，BSS存放的是未初始化的全局變量和靜態(tài)變量，數(shù)據(jù)段存放的是初始化后的全局變量和靜態(tài)變量。
UNIX下可使用size命令查看可執(zhí)行文件的段大小信息。如size a.out。
數(shù)據(jù)段.data 存放在編譯階段(而非運(yùn)行時(shí))就能確定的數(shù)據(jù)，可讀可寫(xiě)。
也就是通常所說(shuō)的靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，賦了初值的全局變量和賦初值的靜態(tài)變量存放在這個(gè)區(qū)域，常量也存在這個(gè)區(qū)域。數(shù)據(jù)段，代碼段在程序運(yùn)行之前就已經(jīng)確定了的。
代碼段.text 代碼段通常是指用來(lái)存放程序執(zhí)行代碼的一塊內(nèi)存區(qū)域。
這部分區(qū)域的大小在程序運(yùn)行前就已經(jīng)確定，并且內(nèi)存區(qū)域通常屬于只讀, 某些架構(gòu)也允許代碼段為可寫(xiě)，即允許自修改程序。
在代碼段中，也有可能包含一些只讀的常數(shù)變量，例如字符串常量等。
text段在編譯時(shí)確定，內(nèi)存中被映射為只讀，但date段與bss段是可寫(xiě)的。
2. c語(yǔ)言五大內(nèi)存分區(qū)
1.棧區(qū)(堆棧區(qū)stack)
堆棧是由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)和局部變量的值(auto類(lèi)型)，操作方式類(lèi)似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。棧的申請(qǐng)是由系統(tǒng)自動(dòng)分配，如在函數(shù)內(nèi)部申請(qǐng)一個(gè)局部變量int h,同時(shí)判斷所申請(qǐng)空間是否小于棧的剩余空間，如果小于則為其開(kāi)辟空間，為程序提供內(nèi)存，否則將報(bào)異常提示棧溢出。
2.堆(heap)
堆一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束可能由OS回收。
它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式類(lèi)似于鏈表，申請(qǐng)則是程序員自己操作使用malloc或new。
申請(qǐng)過(guò)程比較復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)收到程序的申請(qǐng)時(shí)，會(huì)遍歷記錄空閑內(nèi)存地址的鏈表，以求尋找第一個(gè)空間大于所申請(qǐng)空間的堆節(jié)點(diǎn)，然后將該節(jié)點(diǎn)從空閑節(jié)點(diǎn)鏈表中刪除，并將該節(jié)點(diǎn)的空間分配給程序，有些情況下，新申請(qǐng)的內(nèi)存塊的首地址記錄本次分配的內(nèi)存塊的大小，這樣在free()時(shí)能正確的釋放內(nèi)存空間。
3.全局靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)
全局變量與靜態(tài)變量的存儲(chǔ)是放在一塊的，初始化的全局變量與靜態(tài)變量存放在一塊區(qū)域，未初始化的全局變量與未初始化的靜態(tài)變量存放在相鄰的另一塊區(qū)域。
4.文字常量區(qū)
常量字符串就是放在該部分，只讀存儲(chǔ)區(qū)，程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放
5.程序代碼區(qū)
存放程序的二進(jìn)制代碼區(qū)。
兩者之間區(qū)別是：代碼段，數(shù)據(jù)段，堆棧段是cpu級(jí)別的概念，五大分區(qū)屬于語(yǔ)言級(jí)別的概念，兩者是不同的概念。
3. 可執(zhí)行程序內(nèi)存空間與邏輯地址空間的映射與劃分
左邊是UNIX系統(tǒng)的執(zhí)行文件，右邊是進(jìn)程對(duì)應(yīng)的邏輯地址空間的劃分情況
4. 舉例
二、static 變量
static變量主要區(qū)分靜態(tài)全局變量和全局變量、局部變量和靜態(tài)局部變量之間的區(qū)別。
1. 靜態(tài)全局變量、全局變量
靜態(tài)全局變量、全局變量的區(qū)別主要通過(guò)生存周期和作用域來(lái)區(qū)別。
- a.靜態(tài)全局變量和全局變量均存放在數(shù)據(jù)段.data中;
- b. 靜態(tài)局部變量在函數(shù)內(nèi)定義,生存期為整個(gè)源程序，但作用域與自動(dòng)變量相同，只能在定義該變量的函數(shù)內(nèi)使用。退出該函數(shù)后， 盡管該變量還繼續(xù)存在，但不能使用它。
- c. 對(duì)基本類(lèi)型的靜態(tài)局部變量若在說(shuō)明時(shí)未賦以初值，則系統(tǒng)自動(dòng)賦予0值。而對(duì)自動(dòng)變量不賦初值，則其值是不定的。
- d.全局變量本身就是靜態(tài)存儲(chǔ)方式， 靜態(tài)全局變量當(dāng)然也是靜態(tài)存儲(chǔ)方式。但是他們的作用域，非靜態(tài)全局 變量的作用域是整個(gè)源程序(多個(gè)源文件可以共同使用);而靜態(tài)全局變量則限制了其作用域， 即只在定義該變量的源文件內(nèi)有效， 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。
全局變量實(shí)例
以下是b.c 和 a.c源代碼
全局變量
編譯
- gcc a.c b.c
執(zhí)行結(jié)果：
執(zhí)行結(jié)果
由編譯結(jié)果可知，文件a.c可以訪(fǎng)問(wèn)到b.c文件中的靜態(tài)全局變量b。
靜態(tài)全局變量實(shí)例
編譯結(jié)果
編譯結(jié)果
由編譯結(jié)果可知，文件a.c無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)到b.c文件中的靜態(tài)全局變量b，所以編譯報(bào)錯(cuò)。
2. 靜態(tài)局部變量、局部變量
靜態(tài)局部變量、局部變量的區(qū)別主要通過(guò)生存周期和作用域來(lái)區(qū)別。
靜態(tài)局部變量存放在數(shù)據(jù)段.data中，局部變量在棧中;靜態(tài)局部變量和局部變量都只能在函數(shù)體內(nèi)部才可以訪(fǎng)問(wèn)。
函數(shù)每次訪(fǎng)問(wèn)的靜態(tài)局部變量，該變量的值為最后一次訪(fǎng)問(wèn)修改后的值。
舉例：
- 1 #include <stdio.h>
- 2
- 3
- 4 void func()
- 5 {
- 6 int aa = 11;
- 7
- 8 printf("aa= %d \n",aa++);
- 9
- 10 }
- 11
- 12 int main(int argc, char **argv)
- 13 {
- 14
- 15 func();
- 16 func();
- 17
- 18 return 0;
- 19 }
對(duì)于普通的局部變量，每次調(diào)用的時(shí)候，都會(huì)在棧里初始化1次，
- 1 #include <stdio.h>
- 2
- 3
- 4 void func()
- 5 {
- 6 static int aa = 11;
- 7
- 8 printf("aa= %d \n",aa++);
- 9
- 10 }
- 11
- 12 int main(int argc, char **argv)
- 13 {
- 14
- 15 func();
- 16 func();
- 17
- 18 return 0;
- 19 }
函數(shù)中靜態(tài)變量aa 只初始化一次，每次訪(fǎng)問(wèn)的值應(yīng)該是上一次調(diào)用到該函數(shù)時(shí)最后處理的結(jié)果，
三、static 函數(shù)
1. 概念:
在函數(shù)的返回類(lèi)型前加上關(guān)鍵字static，函數(shù)就被定義成為靜態(tài)函數(shù)。
函數(shù)的定義和聲明默認(rèn)情況下是extern的，但靜態(tài)函數(shù)只是在聲明他的文件當(dāng)中可見(jiàn)，不能被其他文件所用。
static函數(shù)(也叫內(nèi)部函數(shù))只能被本文件中的函數(shù)調(diào)用，而不能被同一程序其它文件中的函數(shù)調(diào)用。
區(qū)別于一般的非靜態(tài)函數(shù)(外部函數(shù)) static在c里面可以用來(lái)修飾變量，也可以用來(lái)修飾函數(shù)。
先看用來(lái)修飾變量的時(shí)候。變量在c里面可分為存在全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)、棧和堆里。
其實(shí)我們平時(shí)所說(shuō)的堆棧是棧而不包含堆，不要弄混。
2. 定義靜態(tài)函數(shù)的好處：
- <1>其他文件中可以定義相同名字的函數(shù)，不會(huì)發(fā)生沖突,不用擔(dān)心自己定義的函數(shù)，是否會(huì)與其它文件中的函數(shù)同名，因?yàn)橥矝](méi)有關(guān)系。
- <2> 靜態(tài)函數(shù)不能被其他文件所用。存儲(chǔ)說(shuō)明符auto，register，extern，static，對(duì)應(yīng)兩種存儲(chǔ)期：自動(dòng)存儲(chǔ)期和靜態(tài)存儲(chǔ)期。
- <3> 統(tǒng)計(jì)次數(shù)功能 聲明函數(shù)的一個(gè)局部變量，并設(shè)為static類(lèi)型，作為一個(gè)計(jì)數(shù)器，這樣函數(shù)每次被調(diào)用的時(shí)候就可以進(jìn)行計(jì)數(shù)。這是統(tǒng)計(jì)函數(shù)被調(diào)用次數(shù)的最好的辦法，因?yàn)檫@個(gè)變量是和函數(shù)息息相關(guān)的，而函數(shù)可能在多個(gè)不同的地方被調(diào)用，所以從調(diào)用者的角度來(lái)統(tǒng)計(jì)比較困難。
- <4> 靜態(tài)函數(shù)會(huì)被自動(dòng)分配在一個(gè)一直使用的存儲(chǔ)區(qū)，直到退出應(yīng)用程序?qū)嵗?，避免了調(diào)用函數(shù)時(shí)壓棧出棧，速度快很多。
舉例
a.c
- 1 #include <stdio.h>
- 2
- 3 void func();
- 4
- 5 int main(int argc, char **argv)
- 6 {
- 7
- 8 func();
- 9
- 10 return 0;
- 11 }
b.c
- 1 #include <stdio.h>
- 2
- 3 int b = 10;
- 4
- 5
- 6 static void func()
- 7 {
- 8 printf("in func b =%d\n",b);
- 9 }
編譯
由編譯結(jié)果可知，a文件訪(fǎng)問(wèn)不到b文件中的靜態(tài)函數(shù)func。
