c++中static关键字的作用是什么？

1. static关键字的介绍

C++中有一个关键字static，它的含义有时和普通变量或函数有所不同，这里将介绍C++中static关键字的作用和用法。

2. static关键字与全局变量

2.1 全局变量与静态全局变量的区别

在C++中，全局变量通常会在程序中的各个函数间共享，其作用域为整个文件。而声明为static的全局变量只在声明它的文件的作用域内可见，这意味着在程序的其他文件中无法访问该变量。

下面是一个例子，其中有两个文件file1.cpp和file2.cpp：

// file1.cpp
double global_var = 3.14;
// file2.cpp
#include <iostream>
extern double global_var;
extern double static_var;
void print_vars()
{
    std::cout << "global_var = " << global_var << std::endl;
    std::cout << "static_var = " << static_var << std::endl;
}
static double static_var = 2.71;
int main()
{
    print_vars();
    return 0;
}

在上面的代码中，全局变量global_var被定义在file1.cpp中，可以在file2.cpp中通过关键字extern引用。而static_var被定义在file2.cpp中，只在该文件中可见，因此在print_vars()函数中可以访问它，但无法访问global_var。

这种方法有时被用来实现单件模式，即确保某个类声明的对象只存在一个。可以在类的定义中定义一个静态私有成员变量，用于存储该类唯一的对象，同时定义一个静态的公有函数，用于返回这个对象。

2.2 局部静态变量

C++中还可以定义函数内的静态局部变量。这些变量的生命周期延长到整个程序的执行过程中，而不是每次函数调用时重新创建。

下面是一个例子：

#include <iostream>
void func()
{
    static int counter = 0;
    std::cout << "counter = " << counter << std::endl;
    counter++;
}
int main()
{
    for(int i=0; i<5; i++)
        func();
    return 0;
}

在上面的代码中，函数func()中的counter变量会被初始化一次，并且在每次函数调用时保留其值，因此输出结果为0、1、2、3、4。

3. static关键字与类

3.1 静态成员变量

在C++中，可以将成员变量或成员函数声明为静态的，这意味着它们与类相关，而非与类的对象相关。静态成员变量在所有类的对象之间共享，因此它们的生命周期与程序的生命周期相同。而成员函数则只能访问静态成员变量和静态成员函数。

下面是一个例子：

#include <iostream>
class MyClass {
public:
    MyClass() { count++; }
    static int getCount() { return count; }
private:
    static int count;
};
int MyClass::count = 0;
int main()
{
    MyClass obj1, obj2, obj3;
    std::cout << "Number of objects created: " << MyClass::getCount() << std::endl;
    return 0;
}

在上面的代码中，定义了一个MyClass类，其中有一个私有成员count被定义为static，这个变量被初始化为0。每次对象被创建时，count的值会增加1。而getCount()函数是一个静态函数，它返回count的值。在main函数中创建三个对象，并使用静态函数输出了MyClass类创建的对象数量。

3.2 静态成员函数

静态成员函数只能访问静态成员变量和其他静态成员函数，因为它们没有this指针，所以不能访问非静态成员变量或函数。与普通成员函数相比，静态成员函数使用时更类似于全局函数。

下面是一个例子：

#include <iostream>
class MyClass {
public:
    static void sayHello() { std::cout << "Hello!" << std::endl; }
};
int main()
{
    MyClass::sayHello();
    return 0;
}

在上面的代码中，定义了一个MyClass类，其中有一个静态成员函数sayHello()，它只输出一个hello字符串。在main函数中直接通过类名调用了这个函数，而不需要创建任何对象。

4. 总结

C++中的static关键字是一个非常有用的特性，它可以用作全局变量或函数的作用域限制，或者用作类的静态成员变量和函数。使用它可以更好地控制程序的作用域和可见性，并减少全局变量和函数的使用频率。