Co to jest funkcja „statyczna” w C?

Pytanie dotyczyło zwykłego do funkcje, a nie c ++ static metody, jak wyjaśniono w komentarzach.

Rozumiem, czym jest staticzmienna, ale czym jest staticfunkcja?

I dlaczego jest tak, że jeśli zadeklaruję funkcję, powiedzmy void print_matrix, powiedzmy a.c(BEZ a.h) i dołączę "a.c"- rozumiem "print_matrix@@....) already defined in a.obj", ALE jeśli zadeklaruję ją tak, jak się static void print_matrixwtedy kompiluje?

AKTUALIZACJA Żeby wszystko wyjaśnić - wiem, że włączenie .cjest złe, jak wielu z was zauważyło. Po prostu robię to, aby tymczasowo zwolnić miejsce, main.cdopóki nie będę miał lepszego pojęcia, jak zgrupować wszystkie te funkcje w odpowiednie .hi .cpliki. Tylko tymczasowe, szybkie rozwiązanie.

staticFunkcje są funkcjami, które są widoczne tylko dla innych funkcji w tym samym pliku (a dokładniej tej samej jednostce tłumaczącej ).

EDYCJA : Dla tych, którzy myśleli, że autor pytań oznaczał „metodę klasową”: Gdy pytanie jest oznaczone C, oznacza zwykłą starą funkcję C. W przypadku metod klasy (C ++ / Java / ...) staticoznacza to, że tę metodę można wywołać na samej klasie, bez konieczności wystąpienia tej klasy.

Istnieje duża różnica między funkcjami statycznymi w C a statycznymi funkcjami członka w C ++. W C funkcja statyczna nie jest widoczna poza jednostką tłumaczącą, która jest plikiem obiektowym, w którym jest kompilowana. Innymi słowy, uczynienie funkcji statyczną ogranicza jej zasięg. Możesz uznać funkcję statyczną za „prywatną” dla jej pliku * .c (chociaż nie jest to ściśle poprawne).

W C ++ „statyczny” może również odnosić się do funkcji składowych i członków danych klas. Statyczny element danych jest również nazywany „zmienną klasy”, podczas gdy niestatyczny element danych jest „zmienną instancji”. To terminologia Smalltalk. Oznacza to, że istnieje tylko jedna kopia statycznego elementu danych współużytkowanego przez wszystkie obiekty klasy, podczas gdy każdy obiekt ma własną kopię niestatycznego elementu danych. Zatem element danych statycznych jest zasadniczo zmienną globalną, która jest członkiem klasy.

Niestatyczne funkcje składowe mogą uzyskać dostęp do wszystkich elementów danych klasy: statycznych i niestatycznych. Funkcje elementów statycznych mogą działać tylko na elementach danych statycznych.

Jednym ze sposobów myślenia o tym jest to, że w C ++ elementy danych statycznych i funkcje elementów statycznych nie należą do żadnego obiektu, ale do całej klasy.

Istnieją dwa zastosowania słowa kluczowego static, jeśli chodzi o funkcje w C ++.

Pierwszym jest oznaczenie funkcji jako wewnętrznej powiązania, aby nie można było odwoływać się do niej w innych jednostkach tłumaczeniowych. To użycie jest przestarzałe w C ++. Dla tego zastosowania preferowane są nienazwane przestrzenie nazw.

// inside some .cpp file:

static void foo();    // old "C" way of having internal linkage

// C++ way:
namespace
{
   void this_function_has_internal_linkage()
   {
      // ...
   }
}

Drugie użycie jest w kontekście klasy. Jeśli klasa ma statyczną funkcję członka, oznacza to, że funkcja jest członkiem klasy (i ma zwykły dostęp do innych członków), ale nie musi być wywoływana przez określony obiekt. Innymi słowy, wewnątrz tej funkcji nie ma wskaźnika „ten”.

Przykład minimalnego zakresu wielu plików do uruchomienia

Tutaj ilustruję, jak staticwpływa na zakres definicji funkcji w wielu plikach.

ac

#include <stdio.h>

/* Undefined behavior: already defined in main.
 * Binutils 2.24 gives an error and refuses to link.
 * /programming/27667277/why-does-borland-compile-with-multiple-definitions-of-same-object-in-different-c
 */
/*void f() { puts("a f"); }*/

/* OK: only declared, not defined. Will use the one in main. */
void f(void);

/* OK: only visible to this file. */
static void sf() { puts("a sf"); }

void a() {
    f();
    sf();
}

main.c

#include <stdio.h>

void a(void);        

void f() { puts("main f"); }

static void sf() { puts("main sf"); }

void m() {
    f();
    sf();
}

int main() {
    m();
    a();
    return 0;
}

GitHub w górę .

Skompiluj i uruchom:

gcc -c a.c -o a.o
gcc -c main.c -o main.o
gcc -o main main.o a.o
./main

Wynik:

main f
main sf
main f
a sf

Interpretacja

• istnieją dwie osobne funkcje sf, po jednej dla każdego pliku
• jest jedna wspólna funkcja f

Jak zwykle, im mniejszy zakres, tym lepiej, więc zawsze deklaruj funkcje, staticjeśli możesz.

W programowaniu C pliki są często używane do reprezentowania „klas”, a staticfunkcje reprezentują „prywatne” metody klasy.

Powszechnym wzorcem C jest przekazywanie thisstruktury jako pierwszego argumentu „metody”, który jest w zasadzie tym, co C ++ robi pod maską.

Co mówią o tym standardy

C99 N1256 wersja robocza 6.7.1 „ Specyfikatory klasy pamięci” mówią, że staticjest to „specyfikator klasy pamięci”.

6.2.2 / 3 „Powiązania identyfikatorów” mówi staticzakłada internal linkage:

Jeśli deklaracja identyfikatora zakresu pliku dla obiektu lub funkcji zawiera statyczny specyfikator klasy pamięci, identyfikator ma wewnętrzne powiązanie.

a 6.2.2 / 2 mówi, że internal linkagezachowuje się jak w naszym przykładzie:

W zestawie jednostek tłumaczeniowych i bibliotek, które stanowią cały program, każda deklaracja określonego identyfikatora z zewnętrznym powiązaniem oznacza ten sam obiekt lub funkcję. W obrębie jednej jednostki tłumaczeniowej każda deklaracja identyfikatora z wewnętrznym powiązaniem oznacza ten sam obiekt lub funkcję.

gdzie „jednostka tłumacząca” jest plikiem źródłowym po wstępnym przetwarzaniu.

Jak GCC implementuje to dla ELF (Linux)?

Z STB_LOCALwiązaniem.

Jeśli skompilujemy:

int f() { return 0; }
static int sf() { return 0; }

i zdemontować tabelę symboli za pomocą:

readelf -s main.o

wyjście zawiera:

Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
  5: 000000000000000b    11 FUNC    LOCAL  DEFAULT    1 sf
  9: 0000000000000000    11 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 f

więc wiązanie jest jedyną znaczącą różnicą między nimi. Valuejest tylko ich przesunięciem do .bsssekcji, więc spodziewamy się, że będzie się różnić.

STB_LOCALjest udokumentowany w specyfikacji ELF pod adresem http://www.sco.com/developers/gabi/2003-12-17/ch4.symtab.html :

STB_LOCAL Symbole lokalne nie są widoczne poza plikiem obiektowym zawierającym ich definicję. Lokalne symbole o tej samej nazwie mogą istnieć w wielu plikach bez kolidowania ze sobą

co czyni go idealnym wyborem do reprezentowania static.

Funkcje bez statyczne są STB_GLOBAL, a specyfikacja mówi:

Gdy edytor łączy łączy kilka plików obiektów relokowalnych, nie pozwala na wiele definicji symboli STB_GLOBAL o tej samej nazwie.

co jest spójne z błędami łącza w wielu definicjach niestatycznych.

Jeśli zwiększymy optymalizację za pomocą -O3, sfsymbol zostanie całkowicie usunięty z tabeli symboli: i tak nie można go używać z zewnątrz. TODO po co w ogóle utrzymywać funkcje statyczne na tablicy symboli, gdy nie ma optymalizacji? Czy można ich używać do czegokolwiek?

Zobacz też

• To samo dla zmiennych: https://stackoverflow.com/a/14339047/895245
• externjest odwrotnością statici funkcje są już externdomyślnie: Jak korzystać z extern do udostępniania zmiennych między plikami źródłowymi?

Anonimowe przestrzenie nazw C ++

W C ++ możesz użyć anonimowych przestrzeni nazw zamiast statycznych, co daje podobny efekt, ale dodatkowo ukrywa definicje typów: Bezimienne / anonimowe przestrzenie nazw vs. funkcje statyczne

Poniższe informacje dotyczą zwykłych funkcji C - w klasie C ++ modyfikator „static” ma inne znaczenie.

Jeśli masz tylko jeden plik, ten modyfikator nie ma absolutnie żadnej różnicy. Różnica polega na większych projektach z wieloma plikami:

W C każdy „moduł” (kombinacja sample.c i sample.h) jest kompilowany niezależnie, a następnie każdy z tych skompilowanych plików obiektowych (sample.o) jest łączony razem z plikiem wykonywalnym przez linker.

Załóżmy, że masz kilka plików, które dołączasz do pliku głównego, a dwa z nich mają funkcję używaną tylko wewnętrznie dla wygody, nazywaną add(int a, b)- kompilator łatwo utworzy pliki obiektowe dla tych dwóch modułów, ale linker zgłasza błąd, ponieważ znajduje dwie funkcje o tej samej nazwie i nie wie, z której powinien skorzystać (nawet jeśli nie ma nic do połączenia, ponieważ nie są one używane gdzie indziej, ale we własnym pliku).

Właśnie dlatego czynisz tę funkcję, która jest używana tylko wewnętrznie, funkcją statyczną. W takim przypadku kompilator nie tworzy typowej flagi „można połączyć to coś” dla linkera, dzięki czemu linker nie widzi tej funkcji i nie generuje błędu.

Po pierwsze: umieszczenie .cpppliku w innym pliku jest na ogół złym pomysłem - prowadzi to do takich problemów :-) Normalnym sposobem jest utworzenie osobnych jednostek kompilacji i dodanie pliku nagłówka dla dołączonego pliku.

Po drugie:

C ++ ma tutaj mylącą terminologię - nie wiedziałem o tym, dopóki nie wskazałem tego w komentarzach.

a) static functions- odziedziczone po C i o czym tu mówisz. Poza każdą klasą. Statyczna funkcja oznacza, że nie są widoczne na zewnątrz obecna jednostka kompilacji - tak w twoim przypadku a.obj ma kopię a drugi kod ma niezależną kopię. (Nadęty końcowy plik wykonywalny z wieloma kopiami kodu).

b) static member function- co Object Orientation nazywa metodą statyczną . Mieszka w klasie. Nazywasz to klasą, a nie instancją obiektu.

Te dwie różne definicje funkcji statycznych są całkowicie różne. Uważaj - tu będą smoki.

definicje funkcji statycznych oznaczą ten symbol jako wewnętrzny. Nie będzie więc widoczny do łączenia z zewnątrz, a jedynie do funkcji w tej samej jednostce kompilacji, zwykle w tym samym pliku.

Funkcja statyczna to taka, którą można wywołać w samej klasie, w przeciwieństwie do instancji klasy.

Na przykład niestatyczna byłaby:

Person* tom = new Person();
tom->setName("Tom");

Ta metoda działa na instancji klasy, a nie na samej klasie. Możesz jednak mieć metodę statyczną, która może działać bez instancji. Jest to czasami używane we wzorcu fabrycznym:

Person* tom = Person::createNewPerson();

Drobna nit: funkcje statyczne są widoczne dla jednostki tłumaczeniowej, która w większości praktycznych przypadków jest plikiem, w którym funkcja jest zdefiniowana. Otrzymany błąd jest powszechnie określany jako naruszenie reguły One Definition.

Standard prawdopodobnie mówi coś takiego:

„Każdy program powinien zawierać dokładnie jedną definicję każdej funkcji lub obiektu nieliniowego używanego w tym programie; nie jest wymagana diagnostyka”.

Jest to sposób patrzenia na funkcje statyczne w języku C. Jest to jednak przestarzałe w C ++.

Dodatkowo w C ++ możesz zadeklarować funkcje składowe jako statyczne. Są to głównie metafunkcje, tzn. Nie opisują / nie modyfikują zachowania / stanu określonego obiektu, ale działają na całą klasę. Oznacza to również, że nie trzeba tworzyć obiektu, aby wywoływać funkcję członka statycznego. Ponadto oznacza to również, że dostęp do statycznych zmiennych składowych uzyskuje się tylko z poziomu takiej funkcji.

Dodałbym do przykładu Parrota wzorzec Singleton, który jest oparty na tego rodzaju statycznej funkcji składowej, aby uzyskać / użyć jednego obiektu przez cały czas istnienia programu.

Odpowiedź na funkcję statyczną zależy od języka:

1) W językach bez OOPS, takich jak C, oznacza to, że funkcja jest dostępna tylko w pliku, w którym jest zdefiniowana.

2) W językach z OOPS, takich jak C ++, oznacza to, że funkcję można wywołać bezpośrednio w klasie bez tworzenia jej instancji.

Ponieważ funkcja statyczna jest widoczna tylko w tym pliku. Właściwie kompilator może przeprowadzić dla ciebie optymalizację , jeśli zadeklarujesz „statyczny” dla jakiejś funkcji.

Oto prosty przykład.

main.c

#include <stdio.h>

static void test() 
{
    ghost(); // This is an unexist function.
}

int main()
{
    int ret = 0;

#ifdef TEST
#else
    test();
#endif
    return (ret);
} 

I kompiluj z

gcc -o main main.c

Zobaczysz, że to się nie udało. Ponieważ nawet nie implementujesz funkcji ghost ().

Ale co, jeśli użyjemy następującego polecenia.

gcc -DTEST -O2 -o main main.c

To sukces , a ten program można uruchomić normalnie.

Dlaczego? Istnieją 3 kluczowe punkty.

1. -O2: Poziom optymalizacji kompilatora co najmniej 2.
2. -DTEST: Zdefiniuj TEST, więc test () nie będzie wywoływany.
3. Zdefiniowany „statyczny” do testowania ().

Tylko jeśli te 3 warunki są spełnione, możesz przejść kompilację. Z powodu tej „statycznej” deklaracji kompilator może potwierdzić, że test () NIGDY nie zostanie wywołany w innym pliku. Twój kompilator może usunąć test () podczas kompilacji. Ponieważ nie potrzebujemy test (), nie ma znaczenia, czy ghost () jest zdefiniowany czy wdrożony.

„ Czym jest staticfunkcja „ ”w C? ”

Zacznijmy od początku.

Wszystko opiera się na rzeczy zwanej „łączeniem”:

„ Identyfikator zadeklarowany w różnych zakresach lub w tym samym zakresie więcej niż jeden raz może odnosić się do tego samego obiektu lub funkcji w procesie zwanym łączeniem. 29) Istnieją trzy rodzaje powiązań: zewnętrzne, wewnętrzne i żadne ”.

Źródło: C18, 6.2.2 / 1

„W zestawie jednostek tłumaczeniowych i bibliotek, które tworzą cały program, każda deklaracja określonego identyfikatora z zewnętrznym powiązaniem oznacza ten sam obiekt lub funkcję. W ramach jednej jednostki tłumaczeniowej każda deklaracja identyfikatora z wewnętrznym powiązaniem oznacza ten sam obiekt lub funkcję Każda deklaracja identyfikatora bez powiązania oznacza unikalny byt. ”

Źródło: C18, 6.2.2 / 2

Jeśli funkcja jest zdefiniowana bez specyfikatora klasy pamięci, funkcja ma externdomyślnie wszystkie powiązania:

„Jeśli deklaracja identyfikatora funkcji nie ma specyfikatora klasy pamięci, jego powiązanie jest określane dokładnie tak, jakby było zadeklarowane za pomocą zewnętrznego specyfikatora klasy pamięci .”

Źródło: C18, 6.2.2 / 5

Oznacza to, że - jeśli twój program zawiera kilka jednostek tłumaczeniowych / plików źródłowych ( .club .cpp) - funkcja jest widoczna we wszystkich jednostkach tłumaczeniowych / plikach źródłowych, które posiada Twój program.

W niektórych przypadkach może to stanowić problem. Co jeśli chcesz użyć np. Dwóch różnych funkcji (definicji), ale o tej samej nazwie funkcji w dwóch różnych kontekstach (w rzeczywistości w kontekście pliku).

W C i C ++ statickwalifikator klasy pamięci zastosowany do funkcji w zakresie pliku (nie jest statyczną funkcją składową klasy w C ++ lub funkcją w innym bloku) teraz pomaga i oznacza, że ​​odpowiednia funkcja jest widoczna tylko wewnątrz jednostka tłumacząca / plik źródłowy, w którym została zdefiniowana, a nie w innych jednostkach TLU / plikach.

„Jeśli deklaracja identyfikatora zakresu pliku dla obiektu lub funkcji zawiera statyczny specyfikator klasy pamięci , identyfikator ma wewnętrzne powiązanie. 30)”

---

30) Deklaracja funkcji może zawierać specyfikator klasy pamięci wyłącznie, jeśli jest objęty zakresem pliku; patrz 6.7.1.

Źródło: C18, 6.2.2 / 3

Zatem staticfunkcja A ma sens, iff:

1. Twój program zawiera kilka jednostek tłumaczeniowych / plików źródłowych ( .club .cpp).

   i

2. Chcesz ograniczyć zakres funkcji do pliku, w którym zdefiniowano określoną funkcję.

Jeśli oba te wymagania nie są zgodne, nie musisz zawracać sobie głowy kwalifikowaniem funkcji jako static.

Notatki dodatkowe:

• Jak już wspomniano, staticfunkcja A nie ma absolutnie żadnej różnicy między C i C ++, ponieważ jest to funkcja C ++ odziedziczona po C.

  Nie ma znaczenia, że ​​w społeczności C ++ toczy się bolesna debata na temat deprecjacji kwalifikujących się funkcji, ponieważ staticw porównaniu z użyciem zamiast nich nienazwanych przestrzeni nazw , najpierw zainicjowanych przez niewłaściwie umieszczony akapit w standardzie C ++ 03, deklarując użycie funkcje statyczne jako przestarzałe, które wkrótce zostały poprawione przez sam komitet i usunięte w C ++ 11.

  To było przedmiotem różnych pytań SO:

  Nienazwane / anonimowe przestrzenie nazw a funkcje statyczne

  Przewaga nienazwanej przestrzeni nazw nad statyczną?

  Dlaczego nienazwana przestrzeń nazw jest „lepszą” alternatywą od statycznej?

  Wycofanie statycznego słowa kluczowego ... już nie?

  W rzeczywistości nie jest jeszcze przestarzałe w stosunku do standardu C ++. Dlatego korzystanie z staticfunkcji jest nadal uzasadnione. Nawet jeśli nienazwane przestrzenie nazw mają zalety, dyskusja na temat używania lub niestosowania funkcji statycznych w C ++ zależy od jednego umysłu (opartego na opiniach) i nie nadaje się dla tej witryny.