概述
C++ 中 Static 关键字的作用
- Static 用在类或者结构体的外部
- Static 用在类或者结构体的内部
- Static 作用于局部（Local）
Static 能够被用在一个类或者结构体的内部或者外部。
如果用在外部的话，意味着被你声明成 static 的变量只能作用于该定义的 Translation Unit.
如果用在内部的话，则意味着该 static 变量将会共享该类所有实例的内存空间。即在所有该类的实例中，该变量将只会有一个实例。如果某一个类的实例改变了该变量的值，则所有的类实例中该变量的值都将被改变。
Static 用在类或者结构体的外部
下面我将用例子来说明：
首先，在两个 cpp 文件 “static.cpp” 和 “main.cpp” 中分别定义同一个变量，其中一个定义为static。
//static.cpp
static int s_Valuable = 5;
//main.cpp
#include <iostream>
int s_Valuable = 10;
int main()
{
std::cout << s_Valuable << std::endl;
std::cin.get();
}
上述代码运行起来不会有任何问题，且输出为 10。
但是如果现在把 “static.cpp” 中变量的 static 去掉呢？
//static.cpp
int s_Valuable = 5;
Error LNK1169 one or more multiply defined symbols found
Error LNK2005 "int s_Valuable" (?s_Valuable@@3HA) already defined in Main.obj
则这时会有 Link 错误产生： 变量 “s_Valuable” 被重复定义。
这是为什么呢？
如上述所说 ，static 定义在类或者结构体外部的变量或者函数只会存在于该定义的 Translation unit 中。 可以狭义的理解为 “static int s_Valuable” 只定义在 “static.cpp” 中, 就像该文件的私有变量一样。所以程序运行时，linker 不会将这两个相同的变量链接起来，因此不会产生 link 错误。
解决这个问题，我们可以在 mian.cpp 中的变量 “s_Valuable” 前面加上关键字 “extern”。
//main.cpp
#include <iostream>
extern int s_Valuable = 10;
int main()
{
std::cout << s_Valuable << std::endl;
std::cin.get();
}
这时程序运行成功，并且输出结果为5. “extern” 关键字的作用为在外部的 Translation Unit 中寻找该变量 “s_Valuable” 的定义。所以输出结果为 “static.cpp” 中该变量的值。这种行为被称作 “external linking” 或者 “external linkage”。
如果这时，在 “static.cpp” 中再加上关键字 “static” 呢？
//static.cpp
static int s_Valuable = 5;
Error LNK2001 unresolved external symbol "int s_Valuable" (?s_Valuable@@3HA)
你又会看到 link error了。但是这次不同的是，Linker 在全局空间里找不到该变量的定义。
当然，上述规则也同样适用于函数。如果你在函数前面加上 static， 跟上述变量的结果是一样的。
另外，如果在一个 “.h” 文件中定义一个 static 函数或者变量呢？
假设你在不同的文件里 include 了这个 “.h” 文件，那么对于每一个文件而言，都相当于把 “.h” 文件中的代码复制到自己的内容里，所以相当于你直接复制了该 static 变量或者函数的定义，因此也不会有问题。
最后总结： 如果你不想要你定义的这个变量是一个全局的变量的话，即可以被该 solution 中所有的文件可见 ，只想要对当前文件或者当前 Translation Unit 可见的话，请将其声明为 static。
Static 用在类或者结构体的内部
还是举例说明：
//main.cpp
#include <iostream>
struct Entity
{
int x, y;
void print()
{
std::cout << x << ", " << y << std::endl;
}
};
int main()
{
Entity e;
e.x = 2;
e.y = 3;
Entity e1 = {5, 8};
e.print();
e1.print();
}
这是一个非常简单的程序，“e” 和 “e1” 是结构体 “Entity” 的两个实例，然后分别被初始化为2，3 和 5，8。 很显然，该程序的输出为 2，3 和 5，8.
如果这时，将 “Entity” 中的变量定义为 static 呢？
struct Entity
{
static int x, y;
void print()
{
std::cout << x << ", " << y << std::endl;
}
};
那么首先初始化语句 “Entity e1 = {5, 8}” 会失败，原因是变量 x, y 被声明成 static 之后就不再是类成员变量了。所以我们首先要重新初始化。
int main()
{
Entity e;
e.x = 2;
e.y = 3;
Entity e1;
e1.x = 5;
e1.y = 8;
e.print();
e1.print();
}
运行代码，会出现以下的 Link error.
Error LNK2001 unresolved external symbol "public: static int Entity::y" (?y@Entity@@2HA)
Error LNK2001 unresolved external symbol "public: static int Entity::x" (?x@Entity@@2HA)
Error LNK1120 2 unresolved externals Practice
这些 Error 是告诉我们 x 和 y 必须要被声明。
#include <iostream>
struct Entity
{
static int x, y;
void print()
{
std::cout << x << ", " << y << std::endl;
}
};
int Entity::x;
int Entity::y;
int main()
{
Entity e;
e.x = 2;
e.y = 3;
Entity e1;
e1.x = 5;
e1.y = 8;
e.print();
e1.print();
}
运行结果为： 5，8 和 5，8.
这是因为如上述所说，x,y 如果被声明为 static， 那么变量 x, y将只会有一个实例，所有的 Entity的实例都将共享 x, y的实例。也就是实际上，实例 e 和 e1 的 x, y 指向的是同一块内存空间。 所以即使上上述的代码可以等同于下面：
int main()
{
Entity e;
Entity::x = 2;
Entity::y= 3;
Entity e1;
Entity::x = 5;
Entity::y = 8;
e.print();
e1.print();
}
实际上，可以视为 变量 x, y 被声明在一个 Entity 的命名空间 （namespace）中，它们并不真的属于类或者结构体 。当然，它们依然具有部分类成员的属性，可以被声明为 public 或者 private，但是在该类或者结构体被实例化的时候，static 变量并不会随之开辟新的内存空间。
这个方法在你想要创建一个可以跨越不同的类的变量是非常有用的。当然，你也可以通过创建一个全局变量来达到这个效果，但是不同的是，static的类变量并不会跨越 translation unit.
对于函数来讲，和变量的效果是一样的。
#include <iostream>
struct Entity
{
static int x, y;
static void print()
{
std::cout << x << ", " << y << std::endl;
}
};
int Entity::x;
int Entity::y;
int main()
{
Entity e;
Entity::x = 2;
Entity::y= 3;
Entity e1;
Entity::x = 5;
Entity::y = 8;
e.print();
e1.print();
}
将函数 print() 改成 static 之后，程序没有任何问题。因为 print() 函数中涉及到的变量 x, y 也都是 static 变量。
同时，该方法可以被这样调用：
Entity::print();
Entity::print();
那鉴于 Entity 中所有的变量以及函数都是 static 的，所以我们根本不需要实例化。 那代码可以修改为：
int main()
{
Entity::x = 2;
Entity::y= 3;
Entity::x = 5;
Entity::y = 8;
Entity::print();
}
如果这时我们将变量 x, y 改成非 static， 但依然将print函数声明为 static 呢？
#include <iostream>
struct Entity
{
int x, y;
static void print()
{
std::cout << x << ", " << y << std::endl;
}
};
int main()
{
Entity e;
e.x = 2;
e.y= 3;
Entity e1;
e1.x = 5;
e1.y = 8;
Entity::print();
Entity::print();
}
Error C2597 illegal reference to non-static member 'Entity::x'
很显然，static 方法是不能调用非 static 的变量的。 该Error 为非法调用， 因为static函数是没有类实例的。即当 Entity 被实例化的时候，x, y 会随之被实例化，开辟新的内存空间，但是 static 方法 print 并不会被实例化，即可以狭义理解为该方法并不存在于类实例中 （并不一定完全正确，只是帮助理解用）。实际上每一个非static的类成员函数都会获取一个当前类的实例作为一个参数，可视为一个隐形的参数，但是static的方法并不能获得这个参数。
类中的static 方法等同于在类外面的函数。如果将print类写在 Entity 的外面，则 print 函数根本不知道 x，y 是什么。
struct Entity
{
int x, y;
};
static void print()
{
std::cout << x << ", " << y << std::endl;
}
Error (active) E0020 identifier "y" is undefined
Error (active) E0020 identifier "x" is undefined
如果我们给 print 函数一个类实例参数：
struct Entity
{
int x, y;
};
static void print(Entity e)
{
std::cout << e.x << ", " << e.y << std::endl;
}
int main()
{
Entity e;
e.x = 2;
e.y= 3;
Entity e1;
e1.x = 5;
e1.y = 8;
print(e);
print(e1);
}
这时代码便能够正常运行了。
对于类中的方法来说，实际上也会有一个隐形类实例参数， 如上述所示。而对类中的 static 方法而言，它并不能获取该参数，所以不能识别类中的非 static 的变量。
Static 作用于局部（Local）
首先，定义一个变量我们可以规定了它的作用范围以及生命周期。作用范围意味着哪里可以访问该变量，而生命周期则指该变量会在内存空间中保留多久。Local Static 即表示创建一个生命周期为整个程序，但是作用范围为当前声明该变量的函数，其他的函数并不能访问它 （作用范围可以自己定义）。
依然用例子说明：
#include <iostream>
void Function()
{
int i = 0;
i++;
std::cout << i << std::endl;
}
int main()
{
for (size_t i = 0; i < 5; i++)
{
Function();
}
std::cin.get();
}
该函数的输出结果很显然为 1，1，1，1，1。
但是如果将 i 定义为 static 呢？
#include <iostream>
void Function()
{
static int i = 0;
i++;
std::cout << i << std::endl;
}
int main()
{
for (size_t i = 0; i < 5; i++)
{
Function();
}
std::cin.get();
}
输出结果为 1，2，3，4，5. 这时我们想要的结果。
当然，可以将 i 声明为全局变量来达到相同的效果。
#include <iostream>
int i = 0;
void Function()
{
i++;
std::cout << i << std::endl;
}
int main()
{
for (size_t i = 0; i < 5; i++)
{
Function();
}
std::cin.get();
}
但此时该变量可以随时在外部被改变。
#include <iostream>
int i = 0;
void Function()
{
i++;
std::cout << i << std::endl;
}
int main()
{
Function();
i = 10;
for (size_t i = 1; i < 5; i++)
{
Function();
}
std::cin.get();
}
输出结果此时为1，11，12，13，14.
如果你并不想要变量 i 的值能够在任意地方被修改，则可以将 i 在函数内部声明为static。
Reference：https://www.youtube.com/watch?v=f7mtWD9GdJ4&list=PLlrATfBNZ98dudnM48yfGUldqGD0S4FFb&index=23
最后
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