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「粉絲問(wèn)答10」C語(yǔ)言關(guān)鍵字static的使用詳解

 xpxys99 2021-03-04

本文配套視頻地址如下:

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。

「粉絲問(wèn)答10」C語(yǔ)言關(guān)鍵字static的使用詳解

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)行程序段的分類以及各段在內(nèi)存區(qū)的邏輯地址的映射。

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

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  1. 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。

  1. 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。

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。

  1. 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,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類型),操作方式類似于數(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,如果小于則為其開辟空間,為程序提供內(nèi)存,否則將報(bào)異常提示棧溢出。

  1. 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。

  1. 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。

  1. 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

  1. 程序代碼區(qū)

存放程序的二進(jìn)制代碼區(qū)。

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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

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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

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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。


全局變量靜態(tài)全局變量生存周期程序運(yùn)行到程序結(jié)束程序運(yùn)行開始到程序結(jié)束作用域所有的代碼只有當(dāng)前文件可以訪問(wèn)代碼段中位置全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)

  • 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

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全局變量

編譯

gcc a.c b.c

執(zhí)行結(jié)果:

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執(zhí)行結(jié)果

由編譯結(jié)果可知,文件a.c可以訪問(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

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編譯結(jié)果

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編譯結(jié)果

由編譯結(jié)果可知,文件a.c無(wú)法訪問(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。


局部變量靜態(tài)局部變量生存周期函數(shù)調(diào)用到函數(shù)返回程序運(yùn)行開始到程序結(jié)束作用域函數(shù)內(nèi)部函數(shù)內(nèi)部代碼段中位置棧全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)

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)部才可以訪問(wèn)。

函數(shù)每次訪問(wèn)的靜態(tài)局部變量,該變量的值為最后一次訪問(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 }
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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 }
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函數(shù)中靜態(tài)變量aa 只初始化一次,每次訪問(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,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苊饬苏{(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 }
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編譯

由編譯結(jié)果可知,a文件訪問(wèn)不到b文件中的靜態(tài)函數(shù)func。

四、一個(gè)關(guān)于static變量的巧妙的用法-偷梁換柱

如何定義一個(gè)和庫(kù)函數(shù)名一樣的函數(shù),并在函數(shù)中調(diào)用該庫(kù)函數(shù)?

關(guān)于該問(wèn)題的答案,彭老師已經(jīng)已經(jīng)將分析過(guò)程發(fā)布于以下文章。

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