06-静态持续变量

9.2.3　静态持续变量

和 C 语言一样，C++也为静态存储持续性变量提供了 3 种链接性：外部链接性（可在其他文件中访问）、内部链接性（只能在当前文件中访问）和无链接性（只能在当前函数或代码块中访问）。这3种链接性都在整个程序执行期间存在，与自动变量相比，它们的寿命更长。由于静态变量的数目在程序运行期间是不变的，因此程序不需要使用特殊的装置（如栈）来管理它们。编译器将分配固定的内存块来存储所有的静态变量，这些变量在整个程序执行期间一直存在。另外，如果没有显式地初始化静态变量，编译器将把它设置为0。在默认情况下，静态数组和结构将每个元素或成员的所有位都设置为0。

注意： 传统的K&R C不允许初始化自动数组和结构，但允许初始化静态数组和结构。ANSI C和C++允许对这两种数组和结构进行初始化，但有些旧的C++翻译器使用与ANSI C不完全兼容的C编译器。如果使用的是这样的实现，则可能需要使用这3种静态存储类型之一，以初始化数组和结构。

下面介绍如何创建这3种静态持续变量，然后介绍它们的特点。要想创建链接性为外部的静态持续变量，必须在代码块的外面声明它；要创建链接性为内部的静态持续变量，必须在代码块的外面声明它，并使用static限定符；要创建没有链接性的静态持续变量，必须在代码块内声明它，并使用static限定符。下面的代码片段说明这3种变量：

... 
int global = 1000;        // static duration, external linkage
static int one_file = 50; // static duration, internal linkage
int main()
{
...
}
void funct1(int n)
{
    static int count = 0; // static duration, no linkage
    int llama = 0;
...
}
void funct2(int q)
{
...
}

正如前面指出的，所有静态持续变量（上述示例中的global、one_file和count）在整个程序执行期间都存在。在funct1()中声明的变量count的作用域为局部，没有链接性，这意味着只能在funct1()函数中使用它，就像自动变量llama一样。然而，与llama不同的是，即使在funct1()函数没有被执行时，count也留在内存中。global和one_file的作用域都为整个文件，即在从声明位置到文件结尾的范围内都可以被使用。具体地说，可以在main()、funct1()和funct2()中使用它们。由于one_file的链接性为内部，因此只能在包含上述代码的文件中使用它；由于global的链接性为外部，因此可以在程序的其他文件中使用它。

所有的静态持续变量都有下述初始化特征：未被初始化的静态变量的所有位都被设置为0。这种变量被称为零初始化的（zero-initialized）。

表9.1总结了引入名称空间之前使用的存储特性。下面详细介绍各种静态持续性。

表9.1指出了关键字static的两种用法，但含义有些不同：用于局部声明，以指出变量是无链接性的静态变量时，static表示的是存储持续性；而用于代码块外的声明时，static表示内部链接性，而变量已经是静态持续性了。有人称之为关键字重载，即关键字的含义取决于上下文。

| 存 储 描 述 | 持　续　性 | 作　用　域 | 链　接　性 | 如 何 声 明 | | :----- | :----- | :----- | :----- | :----- | :----- | :----- | | 自动 | 自动 | 代码块 | 无 | 在代码块中 | | 寄存器 | 自动 | 代码块 | 无 | 在代码块中，使用关键字register | | 静态，无链接性 | 静态 | 代码块 | 无 | 在代码块中，使用关键字static | | 静态，外部链接性 | 静态 | 文件 | 外部 | 不在任何函数内 | | 静态，内部链接性 | 静态 | 文件 | 内部 | 不在任何函数内，使用关键字static |

静态变量的初始化

除默认的零初始化外，还可对静态变量进行常量表达式初始化和动态初始化。您可能猜到了，零初始化意味着将变量设置为零。对于标量类型，零将被强制转换为合适的类型。例如，在C++代码中，空指针用0表示，但内部可能采用非零表示，因此指针变量将被初始化相应的内部表示。结构成员被零初始化，且填充位都被设置为零。

零初始化和常量表达式初始化被统称为静态初始化，这意味着在编译器处理文件（翻译单元）时初始化变量。动态初始化意味着变量将在编译后初始化。

那么初始化形式由什么因素决定呢？首先，所有静态变量都被零初始化，而不管程序员是否显式地初始化了它。接下来，如果使用常量表达式初始化了变量，且编译器仅根据文件内容（包括被包含的头文件）就可计算表达式，编译器将执行常量表达式初始化。必要时，编译器将执行简单计算。如果没有足够的信息，变量将被动态初始化。请看下面的代码：

#include <cmath>
int x;                             // zero-initialization
int y = 5;                         // constant-expression initialization
long z = 13 * 13;                  // constant-expression initialization
const double pi = 4.0 * atan(1.0); // dynamic initialization

首先，x、y、z和pi被零初始化。然后，编译器计算常量表达式，并将y和z分别初始化为5和169。但要初始化pi，必须调用函数atan()，这需要等到该函数被链接且程序执行时。

常量表达式并非只能是使用字面常量的算术表达式。例如，它还可使用sizeof运算符：

int enough = 2 * sizeof (long) + 1; // constant expression initialization

C++11新增了关键字constexpr，这增加了创建常量表达式的方式。但本书不会更详细地介绍C++11新增的这项新功能。