C++中靜態成員應用方法的探討

張藝濤 沈木子 方歡

摘要：針對C++中靜態數據成員在多文件編譯環境中存在的問題，該文深入分析了 C++語言中類靜態數據成員的聲明和訪問方法，定位利用全局變量來實現多文件編譯的弊端，利用extern關鍵字修飾變量來實現多文件編譯的思路，并詳細闡述多文件編譯中extern的用法，并舉了相應的例子來進行例證。

關鍵詞：C++語言;靜態成員;static;extern;多文件編譯

1 引言

靜態數據成員用static修飾的數據成員具有靜態生存期，可供函數來調用該全局變量完成一定需要，可應用局部變量或應用于類中的成員變量。static修飾全局變量，局部變量，函數，作用范圍在同一文件內。extern修飾變量的聲明以及函數的聲明，作用范圍在本文件及多文件范圍。兩者的聲明、定義、存儲卻是不同的。

一個類中聲明一個私有數據成員并以static修飾，在類外使用類名限定對該成員進行定義和初始化，實現該變量具有靜態生存期，以及static修飾函數成員。在多文件編譯下，類中staitc修飾的變量，編譯器是無法識別。針對這一問題，本文提出使用extern關鍵字，用于靜態數據成員的多文件編譯，并對靜態數據成員的定義和調用等問題進行了總結。

2 存在的問題

以一段程序關于點位置的移動來說明，如圖1所示，采用多文件方法將原本的程序分為三部分，其中Point.h文件中聲明一個類，以及類中的無參、有參構造函數、拷貝構造函數、析構函數、普通函數和一些數據成員;這些類的成員函數在Point.cpp中進行定義和初始化，其中static修飾的類中變量，用類名限制并進行初始化。在static修飾的數據成員用于多文件時，在編譯過程中會出現各種錯誤如圖2所示。

3 問題探索

從圖2可以看出，編譯該段代碼過程中，在Point.cpp文件中出現各種錯誤，在確定代碼準確無誤的情況下，發現問題可能在static修飾的函數以及數據成員。原程序中的static修飾的count去除，僅剩static修飾的函數，編譯代碼并運行，代碼運行正常。

問題轉向static修飾的私有變量。

類的靜態成員在類定義之外再加以定義，編譯器是否無法找到為它們專門分配的空間呢？在類中直接對其賦值并以const進行修飾。const修飾的量是常量，無法對其再賦值，將該代碼所有有關count的代碼都刪去，在另一編譯文件引用count，并輸出該值。代碼如下：

在圖5中Point類中聲明一個extern變量，會發現編譯出現問題count的指定存儲類別，說明當聲明一個類的時候并無extern變量的存儲空間，而在源文件中對于extern只是聲明，編譯器沒有實際意義上的賦予存儲空間，只有在定義后，編譯器在此標記存儲空間在執行時加載內并初始化，間接說明extern修飾的變量無法在類中使用。extern可以置于變量或者函數前，以表示變量或者函數的定義在別的文件中，提示編譯器遇到此變量和函數時，在其他模塊中尋找在其定義全局變量在外部使用聲明時，extern關鍵字是必須的，如果變量沒有extern修飾且沒有顯式的初始化，同樣成為變量的定義，因此此時必須加extern，而編譯器在此標記存儲空間在執行時加載內并初始化為0。而局部變量的聲明不能有extern的修飾，且局部變量在運行時才在堆棧部分分配內存。全局變量或函數本質上講沒有區別，函數名是指向函數二進制塊開頭處的指針。而全局變量是在函數外部聲明的變量。函數名也在函數外，因此函數也是全局的。聲明可以是多次，但是定義只能是一次，否則編譯器會出錯。extern int i;為聲明，不是定義。int;既是聲明也是義。使用externa 來聲明一個數組時，extern char p[];定義于 .h文件.當用指針extern char *p;聲明在.h文件中是錯誤的。將會導致系統崩潰。p在這里被聲明為extern char* p ，而它原來的定義卻char p[10].這種情況，當用p[i]這種形式提取這個聲明的內容時，實際上得到的是一個字符。但按照上面的方法，編譯器卻把它當成是一個指針，把ASCII字符解釋成為地址顯然出錯，如果此時程序無意義，不會污染空間內容。否則，會污染程序地址空間的內容，并出現莫名其妙的錯誤。

5 總結

對比static以及extern關鍵字，闡明兩者相同與區別，同時發現static關鍵字在多文件編譯單元的弊端，使用關鍵字extern解決多文件編譯問題，最后總結extern用法。此次實驗不僅是static以及extern的用法說明，更是在代碼繁多情況下，多文件來編譯使編寫代碼區塊分工明確。當代碼的內容變得復雜，既不會使程序員混淆，同時也能更好地完成任務。

參考文獻：

[1] 趙娟.C++語言中共享機制的實現[J].電腦知識與技術，2019，15（4）：212-213.

[2] 張永，方安仁，劉治生.C++語言中靜態數據成員的研究[J].陜西理工學院學報：自然科學版，2005，21（4）：22-24.

[3] 聶豐英.淺談靜態成員在C++中的應用[J].硅谷， 2008（17）：27-27.

[4] 鄭莉.C++語言程序設計[M].4版.北京：清華大學出版社，2012.

【通聯編輯：王力】