C語言中的static 詳細分析

轉自：https://blog.csdn.net/keyeagle/article/details/6708077

google了近三頁的關於C語言中static的內容，發現可用的信息不多，要麼長篇大論不知所云要麼在關鍵之處幾個字略過，對於想挖掘底層原理的初學者來講參考性不是很大。因此，我這篇博文博採衆家之長，把互聯網上的資料整合歸類，並親手編寫程序驗證之。

         C語言代碼是以文件爲單位來組織的，在一個源程序的全部源文件中，一個外部變量（注意不是局部變量）或者函數只能在一個源程序中定義一次，若是有重複定義的話編譯器就會報錯。伴隨着不一樣源文件變量和函數之間的相互引用以及相互獨立的關係，產生了extern和static關鍵字。

        下面，詳細分析一下static關鍵字在編寫程序時有的三大類用法：

        一，static全局變量

           咱們知道，一個進程在內存中的佈局如圖1所示：

      其中.text段保存進程所執行的程序二進制文件，.data段保存進程全部的已初始化的全局變量，.bss段保存進程未初始化的全局變量（其餘段中還有不少亂七八糟的段，暫且不表）。在進程的整個生命週期中，.data段和.bss段內的數據時跟整個進程同生共死的，也就是在進程結束以後這些數據纔會壽終就寢。

     當一個進程的全局變量被聲明爲static以後，它的中文名叫靜態全局變量。靜態全局變量和其餘的全局變量的存儲地點並無區別，都是在.data段（已初始化）或者.bss段（未初始化）內，可是它只在定義它的源文件內有效，其餘源文件沒法訪問它。因此，普通全局變量穿上static外衣後，它就變成了新娘，已心有所屬，只能被定義它的源文件（新郎）中的變量或函數訪問。

如下是一些示例程序

file1.h以下：

#include <stdio.h>

void printStr();

咱們在file1.c中定義一個靜態全局變量hello, 供file1.c中的函數printStr訪問.

#include "file1.h"

static char* hello = "hello cobing!";

void printStr()
{
    printf("%s\n", hello);
}

file2.c是咱們的主程序所在文件，file2.c中若是引用hello會編譯出錯

#include "file1.h"

int main()
{
    printStr();
    printf("%s\n", hello);
    return 0;
}

報錯以下：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file2.c: In function ‘main’:
file2.c:6: 錯誤：‘hello’ 未聲明 (在此函數內第一次使用)
file2.c:6: 錯誤：(即便在一個函數內屢次出現，每一個未聲明的標識符在其
file2.c:6: 錯誤：所在的函數內只報告一次。)

若是咱們將file2.c改成下面的形式：

#include "file1.h"

int main()
{
    printStr();
    return 0;
}

則會順利編譯鏈接。

運行程序後的結果以下：
[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
hello cobing!

上面的例子中，file1.c中的hello就是一個靜態全局變量，它能夠被同一文件中的printStr調用，可是不能被不一樣源文件中的file2.c調用。

 

      二，static局部變量

      普通的局部變量在棧空間上分配，這個局部變量所在的函數被屢次調用時，每次調用這個局部變量在棧上的位置都不必定相同。局部變量也能夠在堆上動態分配，可是記得使用完這個堆空間後要釋放之。

       static局部變量中文名叫靜態局部變量。它與普通的局部變量比起來有以下幾個區別：

           1）位置：靜態局部變量被編譯器放在全局存儲區.data（注意：不在.bss段內，緣由見3）），因此它雖然是局部的，可是在程序的整個生命週期中存在。

           2）訪問權限：靜態局部變量只能被其做用域內的變量或函數訪問。也就是說雖然它會在程序的整個生命週期中存在，因爲它是static的，它不能被其餘的函數和源文件訪問。

           3）值：靜態局部變量若是沒有被用戶初始化，則會被編譯器自動賦值爲0，之後每次調用靜態局部變量的時候都用上次調用後的值。這個比較好理解，每次函數調用靜態局部變量的時候都修改它而後離開，下次讀的時候從全局存儲區讀出的靜態局部變量就是上次修改後的值。
如下是一些示例程序：

     file1.h的內容和上例中的相同，file1.c的內容以下：

#include "file1.h"

void printStr()
{
    int normal = 0;
    static int stat = 0;    //this is a static local var
    printf("normal = %d ---- stat = %d\n",normal, stat);
    normal++;
    stat++;
}

爲了便於比較，我定義了兩個變量：普通局部變量normal和靜態局部變量stat，它們都被賦予初值0；

file2.c中調用file1.h：

#include "file1.h"

int main()
{
 printStr();
 printStr();
 printStr();
 printStr();
 printf("call stat in main: %d\n",stat);
 return 0;
}

這個調用會報錯，由於file2.c中引用了file1.c中的靜態局部變量stat，以下：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file2.c: In function ‘main’:
file2.c:9: 錯誤：‘stat’ 未聲明 (在此函數內第一次使用)
file2.c:9: 錯誤：(即便在一個函數內屢次出現，每一個未聲明的標識符在其
file2.c:9: 錯誤：所在的函數內只報告一次。)

編譯器說stat未聲明，這是由於它看不到file1.c中的stat，下面注掉這一行：

#include "file1.h"

int main()
{
    printStr();
    printStr();
    printStr();
    printStr();
//  printf("call stat in main: %d\n",stat);
    return 0;
}

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
normal = 0 ---- stat = 0
normal = 0 ---- stat = 1
normal = 0 ---- stat = 2
normal = 0 ---- stat = 3
運行如上所示。能夠看出，函數每次被調用，普通局部變量都是從新分配，而靜態局部變量保持上次調用的值不變。

須要注意的是因爲static局部變量的這種特性，使得含靜態局部變量的函數變得不可重入，即每次調用可能會產生不一樣的結果。這在多線程編程時可能會成爲一種隱患。須要多加註意。

       三，static函數
              相信你們還記得C++面向對象編程中的private函數，私有函數只有該類的成員變量或成員函數能夠訪問。在C語言中，也有「private函數」，它就是接下來要說的static函數，完成面向對象編程中private函數的功能。

            當你的程序中有不少個源文件的時候，你確定會讓某個源文件只提供一些外界須要的接口，其餘的函數多是爲了實現這些接口而編寫，這些其餘的函數你可能並不但願被外界（非本源文件）所看到，這時候就能夠用static修飾這些「其餘的函數」。

           因此static函數的做用域是本源文件，把它想象爲面向對象中的private函數就能夠了。

下面是一些示例：

file1.h以下：

#include <stdio.h>

static int called();
void printStr();

file1.c以下：

#include "file1.h"

static int called()
{
    return 6;
}
void printStr()
{
    int returnVal;
    returnVal = called();
    printf("returnVal=%d\n",returnVal);
}

file2.c中調用file1.h中聲明的兩個函數，此處咱們故意調用called():

#include "file1.h"

int main()
{
    int val;
    val = called();
    printStr();
    return 0;
}

編譯時會報錯：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
file1.h:3: 警告：‘called’ 使用過但從未定義
/tmp/ccyLuBZU.o: In function `main':
file2.c:(.text+0x12): undefined reference to `called'
collect2: ld 返回 1
由於引用了file1.h中的static函數，因此file2.c中提示找不到這個函數:undefined reference to 'called'

下面修改file2.c:

#include "file1.h"

int main()
{
    printStr();
    return 0;
}

編譯運行：

[liujx@server235 static]$ gcc -Wall file2.c file1.c -o file2
[liujx@server235 static]$ ./file2
returnVal=6

       static函數能夠很好地解決不一樣原文件中函數同名的問題，由於一個源文件對於其餘源文件中的static函數是不可見的。有疏漏的地方望各位多多指教~~