第10章　名字控制

创建名字是程序设计过程中一项最基本的活动，当一个项目很大时，它会不可避免地包含大量的名字。

C++允许我们对名字的产生和名字的可见性进行控制，包括这些名字的存储位置以及名字的连接。

static这个关键字早在人们知道“重载”这个词的含义之前就在C语言中被重载了，并且在C++中又增加了另外的含义。关于static的所有使用最基本的概念是指“位置不变的某个东西”（如“静电”），不管这里是指在内存中的物理位置还是指在文件中的可见性。

在本章里，我们将看到static如何控制存储和可见性，还将看到一种通过C++的名字空间特征来控制访问名字的改进方法。我们还将发现怎样使用已经采用C语言编写和编译过的函数。

10.1　来自C语言中的静态元素

在C和C++中，static都有两种基本的含义，并且这两种含义经常是互相冲突的：

1）在固定的地址上进行存储分配，也就是说对象是在一个特殊的静态数据区（static data area）上创建的，而不是每次函数调用时在堆栈上产生的。这也是静态存储的概念。

2）对一个特定的编译单位来说是局部的（就像在后面将要看到的，这在C++中局限于类的范围）。这样，static控制名字的可见性（visibility），所以这个名字在这个单元或类之外是不可见的。这也描述了连接的概念，它决定连接器将看到哪些名字。

本节将着重讨论static的这两个含义，这些都是从C中继承来的。

10.1.1　函数内部的静态变量

通常，在函数体内定义一个局部变量时，编译器在每次函数调用时使堆栈的指针向下移一个适当的位置，为这些局部变量分配内存。如果这个变量有一个初始化表达式，那么每当程序运行到此处，初始化就被执行。

然而，有时想在两次函数调用之间保留一个变量的值，可以通过定义一个全局变量来实现，但这样一来，这个变量就不仅仅只受这个函数的控制。C和C++都允许在函数内部定义一个static对象，这个对象将存储在程序的静态数据区中，而不是在堆栈中。这个对象只在函数第一次调用时初始化一次，以后它将在两次函数调用之间保持它的值。比如，下面的函数每次调用时都返回一个字符串中的下一个字符。

static chars在每次onechar（）调用时保留它的值，因为它存放在程序的静态数据区而不是存储在函数的堆栈中。当用一个字符指针作参数（char）调用oneChar（）时，参数值被赋给s，然后返回字符串的第一个字符。以后每次调用oneChar（）都不用带参数，函数将使用默认参数charArray的默认值0，函数就会继续用以前初始化的s值取字符，直到它到达字符串的结尾标志—空字符为止，到这时，字符指针就不会再增加了，这样，指针不会越过字符串的末尾。

但是，如果调用oneChar（）时没有参数而且s以前也没有初始化，那会怎样呢？也许会在定义s时提供一个初始值：

但如果没有为一个内建类型的静态变量提供一个初始值的话，编译器也会确保在程序开始时它被初始化为零（转化为适当的类型），所以在oneChar（）中，函数第一次调用时s将被赋值为零，这样if（！s）后面的程序就会被执行。

上例中s的初始化是很简单的，其实对一个静态对象的初始化（与其他对象的初始化一样）可以是任意的常量表达式，常量表达式中可以出现常量及在此之前已声明过的变量和函数。

应该知道：上面的函数很容易产生多线程问题；无论什么时候设计一个包含静态变量的函数时，都应该记住多线程问题。

10.1.1.1　函数内部的静态对象

关于一般的静态变量的规则同样适用于用户自定义的静态对象，而且它同样也必须有初始化操作。但是，零赋值只对内建类型有效，用户自定义类型必须用构造函数来初始化。因此，如果在定义一个静态对象时没有指定构造函数参数，这个类就必须有默认的构造函数。请看下例：

在函数f（）内部定义一个静态的X类型的对象，它可以用带参数的构造函数来初始化，也可以用默认构造函数。程序控制第一次转到对象的定义点时，而且只有第一次时，才需要执行构造函数。

10.1.1.2　静态对象的析构函数

静态对象的析构函数（包括静态存储的所有对象，不仅仅是上例中的局部静态对象）在程序从main（）中退出时，或者标准的C库函数exit（）被调用时才被调用。多数情况下main（）函数的结尾也是调用exit（）来结束程序的。这意味着在析构函数内部使用exit（）是很危险的，因为这样导致了无穷的递归调用。但如果用标准的C库函数abort（）来退出程序，静态对象的析构函数并不会被调用。

可以用标准C库函数atexit（）来指定当程序跳出main（）（或调用exit（））时应执行的操作。在这种情况下，在跳出main（）或调用exit（）之前，用atexit（）注册的函数可以在所有对象的析构函数之前被调用。

同普通对象的销毁一样，静态对象的销毁也是按与初始化时相反的顺序进行的。当然只有那些已经被创建的对象才会被销毁。幸运的是，开发工具会记录对象初始化的顺序和那些已被创建的对象。全局对象总是在main（）执行之前被创建，在退出main（）时销毁。如果一个包含局部静态对象的函数从未被调用过，那么这个对象的构造函数也就不会执行，这样自然也不会执行析构函数。请看下例：

在Obj中，char c的作用就像一个标识符，构造函数和析构函数就可以通过c显示出当前正在操作的对象信息。而Obj a是一个全局的Obj类的对象，所以构造函数总是在main（）函数之前就被调用。但函数f（）内的Obj类的静态对象b和函数g（）内的静态对象c的构造函数只在这些函数被调用时才起作用。

为了说明哪些构造函数与析构函数被调用，在main（）中只调用了f（），程序的输出结果为：

在执行main（）函数之前，对象a的构造函数即被调用，而b的构造函数只是因为f（）的调用而调用。当退出main（）函数时，所有被创建的对象的析构函数按创建时相反的顺序被调用。这意味着如果g（）被调用，对象b和c的析构函数的调用顺序依赖于g（）和f（）的调用顺序。

注意跟踪文件ofstream的对象out也是一个静态对象，因为它定义在所有函数之外，位于静态存储区。它的定义（因为不用extern定义）应该出现在文件的一开始，在out的任何可能的使用出现之前，这一点很重要，否则就可能在一个对象初始化之前使用它。

在C++中，全局静态对象的构造函数是在main（）之前调用的，所以现在有了一个在进入main（）之前执行一段代码的简单的、可移植的方法，并且可以在退出main（）之后用析构函数执行代码。在C中要做到这一点，就显得很繁琐，我们将不得不熟悉编译器开发商的汇编语言的开始代码。