C++ 中的static关键字使用场景

函数体内作用范围为该函数体，该变量内存只被分配一次，具有记忆能力（内存分配在静态区，在第一次调用的时候分配内存，函数调用结束内存并不释放）
在模块内的static全局变量可以被模块内所有函数访问，但不能被模块外其它函数访问；（模块，{}括起来的语句块都是，不同的文件也是不同的模块）
在模块内的static函数只可被这一模块内的其它函数调用，这个函数的使用范围被限制在声明它的模块内；
在类中的static成员变量属于整个类所拥有，对类的所有对象只有一份拷贝；
在类中的static成员函数属于整个类所拥有，这个函数不接收this指针，因而只能访问类的static成员变量。

详细的介绍：

一、面向过程设计中的static

1. 静态全局变量

在全局变量前，加上关键字static，该变量就被定义成为一个静态全局变量。我们先举一个全局变量和静态全局变量的例子，例如，在文件A中定义静态全局变量 i 和全局变量 j ：

#include<iostream>
using namespace std;
static int i = 5;
int j = 3;//默认为extern
int main()
{
    /*code*/
}

全局变量 j 和静态变量 i 都存放于程序的全局数据区域，它们的生存周期都是程序的整个运行期，但是 j 的作用域为全局作用域，可以通过extern在其他文件中使用，而 i 的作用域为文件作用域，只能在文件A中使用，例如在文件B中：

static 修饰全局变量，限制了该变量的作用域为当前文件，就是说他能在当前文件中作为全局变量被访问，但不能再其他文件中被访问，这里static是一个限定符

extern int j; //OK
extern int i; // error: i在文件B中不可见
int a = j; // OK
int b = i; // error

也就是说，在声明全局的static变量时，static没有改变它的生存周期，也即存储位置（因为全局变量本来就存储在全局数据域），而是将变量的作用域限制在当前文件中。

总：静态全局变量 i 有以下特点：

该变量在全局数据区分配内存；
未经初始化的静态全局变量会被程序自动初始化为0（自动变量的值是随机的，除非它被显式初始化）；
静态全局变量在声明它的整个文件都是可见的，而在文件之外是不可见的；

静态变量都在全局数据区分配内存，包括后面将要提到的静态局部变量。对于一个完整的程序，在内存中的分布情况如下图：

一般程序的由new产生的动态数据存放在堆区，函数内部的自动变量存放在栈区。自动变量一般会随着函数的退出而释放空间，静态数据（即使是函数内部的静态局部变量）也存放在全局数据区。全局数据区的数据并不会因为函数的退出而释放空间。

2. 静态局部变量

在局部变量前，加上关键字static，该变量就被定义成为一个静态局部变量。我们举一个静态局部变量的例子，如下：

#include<iostream>
using namespace std;
void fun()
{
    int i = 1; // 局部变量，具有动态生存期，每次进入函数时都初始化
    static int j = 2; //静态局部变量，具有全局寿命，局部可见，只第一次进入函数时被初始化
}
int main()
{
    static int j; //静态局部变量，具有全局寿命，局部可见
}

通常，在函数体内定义了一个变量，每当程序运行到该语句时都会给该局部变量分配栈内存。但随着程序退出函数体，系统就会收回栈内存，局部变量也相应失效。

但有时候我们需要在两次调用之间对变量的值进行保存。通常的想法是定义一个全局变量来实现。但这样一来，变量已经不再属于函数本身了，不再仅受函数的控制，给程序的维护带来不便。

静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区，而不是保存在栈中，每次的值保持到下一次调用，直到下次赋新值。

静态局部变量有以下特点：

该变量在全局数据区分配内存；
静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化，即以后的函数调用不再进行初始化；
静态局部变量一般在声明处初始化，如果没有显式初始化，会被程序自动初始化为0；
它始终驻留在全局数据区，直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域，当定义它的函数或语句块结束时，其作用域随之结束；

3. 静态函数

在函数的返回类型前加上static关键字,函数即被定义为静态函数。静态函数与普通函数不同，它只能在声明它的文件当中可见，不能被其它文件使用。

静态函数的例子：

#include<iostream>
using namespace std;
static void fun()
{
    /*code*/
}
int main()
{
    /*code*/
}

定义静态函数的好处：

静态函数不能被其它文件所用； （限定作用域）
其它文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突；

二、面向对象的static关键字（类中的static关键字）

1. 静态数据成员

在类内数据成员的声明前加上关键字static，该数据成员就是类内的静态数据成员。先举一个静态数据成员的例子。

#include<iostream>
using namespace std;
 
class Point
{
public:
	Point(int xx = 0, int yy = 0) { X = xx; Y = yy; countP ++; }
	Point(Point &p); 
	~Point() { countP --; }
	int GetX() { return X; }
	int GetY() { return Y; }
	void GetC() { cout << "Object id = " << countP << endl; } //输出静态数据成员
private:
	int X, Y;
	static int countP; //静态数据成员声明，用于记录点的个数
};
 
Point :: Point(Point &p)
{
	X = p.X;
	Y = p.Y;
	countP ++; //在构造函数中对countP累加，所有对象共同维护同一个countP
}
 
int Point :: countP = 0; //静态数据成员定义和初始化，使用类名限定
 
int main()
{
    Point A(4, 5); // 定义对象A，其构造函数会使countP增1
    A.GetC(); //输出对象个数
    Point B(A); //定义对象B，其构造函数会使countP增1
    B.GetC();
 
    return 0;
}

静态数据成员有以下特点：

对于非静态数据成员，每个类对象都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成员。无论这个类的对象被定义了多少个，静态数据成员在程序中也只有一份拷贝，由该类型的所有对象共享访问。也就是说，静态数据成员是该类的所有对象所共有的。对该类的多个对象来说，静态数据成员只分配一次内存，供所有对象共用。所以，静态数据成员的值对每个对象都是一样的，它的值可以更新；
静态数据成员存储在全局数据区。静态数据成员定义时要分配空间，所以不能在类声明中定义。在上例中，语句int Point::countP=0; 是定义静态数据成员；
静态数据成员和普通数据成员一样遵从public,protected,private访问规则；
因为静态数据成员在全局数据区分配内存，属于本类的所有对象共享，所以，它不属于特定的类对象，在没有产生类对象时其作用域就可见，即在没有产生类的实例时，我们就可以操作它；
静态数据成员初始化与一般数据成员初始化（一般数据成员都是在构造函数内部进行初始化的）不同。静态数据成员初始化的格式为：＜数据类型＞＜类名＞::＜静态数据成员名＞=＜值＞* 类的静态数据成员有两种访问形式：＜类对象名＞.＜静态数据成员名＞或＜类类型名＞::＜静态数据成员名＞
如果静态数据成员的访问权限允许的话（即public的成员），可在程序中，按上述格式来引用静态数据成员；
静态数据成员主要用在各个对象都有相同的某项属性的时候。比如对于一个存款类，每个实例的利息都是相同的。所以，应该把利息设为存款类的静态数据成员。这有两个好处，第一，不管定义多少个存款类对象，利息数据成员都共享分配在全局数据区的内存，所以节省存储空间。第二，一旦利息需要改变时，只要改变一次，则所有存款类对象的利息全改变过来了；

同全局变量相比，使用静态数据成员有两个优势：

静态数据成员没有进入程序的全局名字空间，因此不存在与程序中其它全局名字冲突的可能性；
可以实现信息隐藏。静态数据成员可以是private成员，而全局变量不能；

2. 静态成员函数

与静态数据成员一样，我们也可以创建一个静态成员函数，它为类的全部服务而不是为某一个类的具体对象服务。静态成员函数与静态数据成员一样，都是类的内部实现，属于类定义的一部分。普通的成员函数一般都隐含了一个this指针，this指针指向类的对象本身，因为普通成员函数总是具体的属于某个类的具体对象的。通常情况下，this 是缺省的。如函数fn()实际上是this->fn()。但是与普通函数相比，静态成员函数由于不是与任何的对象相联系，因此它不具有this指针。从这个意义上讲，它无法访问属于类对象的非静态数据成员，也无法访问非静态成员函数，它只能调用其余的静态成员函数。

class A{
public:
    static void fun(A a);
private:
    int x;
};
 
void A :: fun( A a){
    cout << x; //对x的引用是错误的
    cout << a.x; //正确
}

关于静态成员函数，可以总结为以下几点：

出现在类体外的函数定义不能指定关键字static； //static 是申明时候用的
静态成员之间可以相互访问，包括静态成员函数访问静态数据成员和访问静态成员函数；
非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据成员；
静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员；
由于没有this指针的额外开销，因此静态成员函数与类的全局函数相比速度上会有少许的增长；
调用静态成员函数，可以用成员访问操作符(.)和(->)为一个类的对象或指向类对象的指针调用静态成员函数，也可以直接使用如下格式：＜类名＞::＜静态成员函数名＞（＜参数表＞）调用类的静态成员函数。