【粉丝问答10】C语言关键字static的使用详解

作者: 博客园精华区  更新时间:2021-03-04 20:04:00  原文链接


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粉丝提问

粉丝问题,总结一下:

关键字static的使用方法。

要想搞清楚关键字static的使用方法,必须首先搞清楚,可执行程序段的分类以及各段在内存区的逻辑地址的映射。

一、可执行程序内存分配

1. 可执行程序程序分段

一个程序的3个基本段:text段,data段,bss段

  1. BSS

    BSS(Block Started by Symbol)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。

特点是:可读写的,在程序执行之前BSS段会自动清0。

所以,未初始的全局变量在程序执行之前已经成0了。

注意和数据段的区别,BSS存放的是未初始化的全局变量和静态变量,数据段存放的是初始化后的全局变量和静态变量。

UNIX下可使用size命令查看可执行文件的段大小信息。如size a.out。

  1. 数据段.data

    存放在编译阶段(而非运行时)就能确定的数据,可读可写。

也就是通常所说的静态存储区,赋了初值的全局变量和赋初值的静态变量存放在这个区域,常量也存在这个区域。数据段,代码段在程序运行之前就已经确定了的。

  1. 代码段.text

    代码段通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。

这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写,即允许自修改程序。

在代码段中,也有可能包含一些只读的常数变量,例如字符串常量等。

text段在编译时确定,内存中被映射为只读,但date段与bss段是可写的。

2. c语言五大内存分区

  1. 栈区(堆栈区stack)

堆栈是由编译器自动分配释放,存放函数的参数和局部变量的值(auto类型),操作方式类似于数据结构中的栈。栈的申请是由系统自动分配,如在函数内部申请一个局部变量int h,同时判断所申请空间是否小于栈的剩余空间,如果小于则为其开辟空间,为程序提供内存,否则将报异常提示栈溢出。

  1. 堆(heap)

堆一般由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束可能由OS回收。

它与数据结构中的堆是两回事,分配方式类似于链表,申请则是程序员自己操作使用malloc或new。

申请过程比较复杂,当系统收到程序的申请时,会遍历记录空闲内存地址的链表,以求寻找第一个空间大于所申请空间的堆节点,然后将该节点从空闲节点链表中删除,并将该节点的空间分配给程序,有些情况下,新申请的内存块的首地址记录本次分配的内存块的大小,这样在free()时能正确的释放内存空间。

  1. 全局静态存储区

全局变量与静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量与静态变量存放在一块区域,未初始化的全局变量与未初始化的静态变量存放在相邻的另一块区域。

  1. 文字常量区

常量字符串就是放在该部分,只读存储区,程序结束后由系统释放

  1. 程序代码区

存放程序的二进制代码区。

两者之间区别是:代码段,数据段,堆栈段是cpu级别的概念,五大分区属于语言级别的概念,两者是不同的概念。

3. 可执行程序内存空间与逻辑地址空间的映射与划分

左边是UNIX系统的执行文件,右边是进程对应的逻辑地址空间的划分情况

4. 举例

二、static 变量

static变量主要区分静态全局变量和全局变量、局部变量和静态局部变量之间的区别。

1. 静态全局变量、全局变量

静态全局变量、全局变量的区别主要通过 生存周期和作用域 来区别。

全局变量 静态全局变量
生存周期 程序运行到程序结束 程序运行开始到程序结束
作用域 所有的代码 只有当前文件可以访问
代码段中位置 全局数据区 全局数据区
  • a.静态全局变量和全局变量均存放在数据段.data中;
  • b. 静态局部变量在函数内定义,生存期为整个源程序,但作用域与自动变量相同,只能在定义该变量的函数内使用。退出该函数后, 尽管该变量还继续存在,但不能使用它。
  • c. 对基本类型的静态局部变量若在说明时未赋以初值,则系统自动赋予0值。而对自动变量不赋初值,则其值是不定的。
  • d.全局变量本身就是静态存储方式, 静态全局变量当然也是静态存储方式。
    但是他们的作用域,非静态全局 变量的作用域是整个源程序(多个源文件可以共同使用);
    而静态全局变量则限制了其作用域, 即只在定义该变量的源文件内有效, 在同一源程序的其它源文件中不能使用它。

全局变量实例

以下是b.c 和 a.c源代码

编译

gcc a.c b.c

执行结果:

由编译结果可知,文件a.c可以访问到b.c文件中的静态全局变量 b

静态全局变量实例

编译结果

由编译结果可知,文件a.c无法访问到b.c文件中的静态全局变量 b ,所以编译报错。

2. 静态局部变量、局部变量

静态局部变量、局部变量的区别主要通过 生存周期和作用域 来区别。

局部变量 静态局部变量
生存周期 函数调用到函数返回 程序运行开始到程序结束
作用域 函数内部 函数内部
代码段中位置 全局数据区

静态局部变量存放在数据段.data中,局部变量在栈中;

静态局部变量和局部变量都只能在函数体内部才可以访问。

函数每次访问的静态局部变量,该变量的值为最后一次访问修改后的值。

举例:

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 }

对于普通的局部变量,每次调用的时候,都会在栈里初始化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 }

函数中静态变量aa 只初始化一次,每次访问的值应该是上一次调用到该函数时最后处理的结果,

三、static 函数

1. 概念:

在函数的返回类型前加上关键字static,函数就被定义成为静态函数。

函数的定义和声明默认情况下是extern的,但静态函数只是在声明他的文件当中可见,不能被其他文件所用。

static函数(也叫内部函数)只能被本文件中的函数调用,而不能被同一程序其它文件中的函数调用。

区别于一般的非静态函数(外部函数) static在c里面可以用来修饰变量,也可以用来修饰函数。

先看用来修饰变量的时候。变量在c里面可分为存在全局数据区、栈和堆里。

其实我们平时所说的堆栈是栈而不包含堆,不要弄混。

2. 定义静态函数的好处:

  • <1>其他文件中可以定义相同名字的函数,不会发生冲突,不用担心自己定义的函数,是否会与其它文件中的函数同名,因为同名也没有关系。
  • <2> 静态函数不能被其他文件所用。 存储说明符auto,register,extern,static,对应两种存储期:自动存储期和静态存储期。
  • <3> 统计次数功能
    声明函数的一个局部变量,并设为static类型,作为一个计数器,这样函数每次被调用的时候就可以进行计数。这是统计函数被调用次数的最好的办法,因为这个变量是和函数息息相关的,而函数可能在多个不同的地方被调用,所以从调用者的角度来统计比较困难。
  • <4> 静态函数会被自动分配在一个一直使用的存储区,直到退出应用程序实例,避免了调用函数时压栈出栈,速度快很多。

举例

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 }

由编译结果可知,a文件访问不到b文件中的静态函数func。

四、一个关于static变量的巧妙的用法-偷梁换柱

如何定义一个和库函数名一样的函数,并在函数中调用该库函数?

关于该问题的答案,彭老师已经已经将分析过程发布于以下文章。

粉丝提问|c语言:如何定义一个和库函数名一样的函数,并在函数中调用该库函数