【C++】003、static关键字

一、static关键字的作用

• 主要有两方面的作用：改变生命周期，和改变链接属性的作用域

二、static关键字四个使用场景

1、局部静态变量（在函数内部）

• **本质：**变量的生命周期从栈变成全局静态存储区，但作用域仍局限于函数内部

• **特点：**局部静态变量只能被初始化一次，之后函数调用结束该变量也不会被销毁，下次调用该函数，获取的还是上次的值

• **线程安全：**从C++11起，局部静态变量的初始化是线程安全的。因为底层编译器会自动加锁，这也是单例模式的底层实现原理

• 代码实现：

void counter() {
    static int count = 0; // 只初始化一次，线程安全（C++11起）
    count++;
    cout << count << endl;
}
// 调用3次输出：1, 2, 3

2、全局静态变量/函数（文件作用域）

• **本质：**全局静态变量和函数在当前文件中都可以调用，而其他cpp文件无法调用该变量或函数。从外部链接变为内部链接。

• **作用：**只在本编译单元（.cpp文件）中可见，其他文件即使使用extern声明也无法访问。

• 可用来隐藏实现细节，防止多文件编译时的重名冲突

• 比起全局静态，C++更推荐使用匿名的namespace来替换

• 代码：

// FileA.cpp
static int s_hidden = 100; // 仅 FileA.cpp 可见
static void helper() {}     // 仅 FileA.cpp 可见

// FileB.cpp
extern int s_hidden;        // ❌ 链接错误，找不到该符号

3、静态成员变量（类内部）

• **本质：**属于类本身，不属于某个对象，所有该类的对象共享同一份内存

• 在C++17之前，静态成员变量必须在类外单独定义并初始化，否则会链接报错。因为一个头文件中的静态成员变量会被多个文件引用，分不清到底是哪个类的静态变量。

• 为解决上面问题，在C++17中引入 inline static允许在类内部进行初始化，而无需去cpp文件中初始化

• 代码：

class App {
public:
    static int version;          // 声明（未定义）
    inline static int build = 42; // C++17起：直接定义并初始化，无需类外实现
};

// C++17之前必须在 .cpp 文件补一行：
// int App::version = 1; 

4、静态成员函数（类内部）

• 本质：没有this指针，无法访问普通成员变量与函数，只能访问静态成员

• 调用方式： 通过类名::函数() ，无需创建对象，就可以调用静态成员函数

• 静态成员函数不能是const静态函数，与virtual虚函数。因为const函数修饰this指针，而静态函数没有this。

• 而virtual依赖于虚表（vptr）和对象，静态函数不依赖对象

• 代码：

class Math {
public:
    static double square(double x) { return x * x; }
};
double d = Math::square(5.0); // 直接调用

三、总结表格

|---------|-----------------|---------------|--------------|
| 场景 | 存储位置/生命周期 | 作用域/链接性 | 初始化次数 |
| 局部变量 | 静态存储区（程序结束时才销毁） | 函数内部/作用域为函数范围 | 1次（线程安全） |
| 全局变量/函数 | 静态存储区 | 本文件内部（内部链接） | 1次（程序启动时初始化） |
| 静态成员函数 | 静态存储区（全局共享） | 类域（需外部定义） | 1次 |
| 静态成员函数 | 无this，属于类 | 类域（通过类名调用） | -- |

四、static与thread_local变量区别

• static变量：所有线程共享一份

• thread_local修饰的变量，每个线程独享一份