由static來(lái)談?wù)勀K封裝

最近有點(diǎn)小忙，更文慢了些，抱歉。

先談存儲(chǔ)類型

存儲(chǔ)類型表示變量的可見(jiàn)性和位置。它告訴可以從代碼的哪一部分訪問(wèn)變量。存儲(chǔ)類用于描述以下內(nèi)容：

• 變量的作用域(scope)，作用域指存取變量的代碼范圍。
• 變量從哪里分配存儲(chǔ)內(nèi)存。
• 變量的初始化值。
• 變量的生命周期(lifetime)，生命周期指存取變量的時(shí)間范圍，從程序運(yùn)行時(shí)角度去考察變量的。

那么有哪些存儲(chǔ)類型呢？下面幾個(gè)詞是C語(yǔ)言描述存儲(chǔ)類型的關(guān)鍵字：

• auto : 自動(dòng)型，為變量的默認(rèn)存儲(chǔ)方式，作用域從定義點(diǎn)到該局部程序塊尾部，分配存儲(chǔ)在棧內(nèi)，生命周期程序運(yùn)行至定義點(diǎn)出生，到程序運(yùn)行退出該塊時(shí)消亡。
• extern：外部型，作用域?yàn)檎麄€(gè)程序，其分配存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)段，生命周期為整個(gè)程序運(yùn)行生命周期。
• static：靜態(tài)型，其分配存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)段，故其生命周期為整個(gè)程序運(yùn)行生命周期，其作用域分兩種情況：
• 定義在文件中，則作用域?yàn)槎x點(diǎn)至該文件尾部。
• 定義在函數(shù)中，則作用域?yàn)槎x點(diǎn)至該函數(shù)尾部。
• register：寄存器型，寄存器存儲(chǔ)類用于定義應(yīng)存儲(chǔ)在寄存器而不是RAM中的局部變量。 這意味著該變量的最大位長(zhǎng)度等于寄存器的位長(zhǎng)度（通常是一個(gè)字），并且不能對(duì)其使用'＆'運(yùn)算符（因?yàn)樗鼪](méi)有存儲(chǔ)在內(nèi)存中）。僅應(yīng)用于需要快速訪問(wèn)的變量（例如計(jì)數(shù)器）。還應(yīng)注意定義“register”并不意味著變量將一定會(huì)存儲(chǔ)在寄存器中。它可能根據(jù)不同硬件和實(shí)現(xiàn)限制存儲(chǔ)在寄存器中。

由static來(lái)談C封裝

static用在文件中修飾變量，如下代碼：

/*這是某模塊文件,比如叫senor.c*/
#include "sensor.h"
static float sensor_value;
static float filter(float in)
{
    float out;
    
    /*這里實(shí)現(xiàn)濾波計(jì)算*/
    ......
        
    return out;
}
void update_sensor_exe(void)
{
     float temp   = adc_read();
     sensor_value = fileter(temp);
}

float get_sensor_value(void)
{
    return sensor_value;
}

這里定義其頭文件，比如sensor.h

#ifdef  __SENSOR_H__
#define __SENSOR_H__

void update_sensor_exe(void);

#endif

用一個(gè)UML圖來(lái)描述一下這個(gè)模塊：

這樣使用，是不是有點(diǎn)模塊封裝的意思呢，來(lái)總結(jié)一下：

• 利用static定義屬于模塊的變量，可以將屬于模塊屬性隱藏在模塊內(nèi)部，對(duì)外部不見(jiàn)，是不是有點(diǎn)類似對(duì)象語(yǔ)言中的private變量的趕腳呢？
• static修飾函數(shù)成局部函數(shù)是不是也相當(dāng)于面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中一個(gè)類的私有方法呢？如此，外部程序是無(wú)法調(diào)用filter函數(shù)的。
• update_sensor_exe/get_sensor_value 為模塊對(duì)外接口，這樣一來(lái)使用者就可以不關(guān)心模塊內(nèi)部究竟是怎么做的，可以看成是個(gè)黑盒子，只需要知道update_sensor_exe更新了傳感器采集，而調(diào)用get_sensor_value則可以返回獲取到當(dāng)前的測(cè)量數(shù)據(jù)。
• static修飾變量可為廣義對(duì)象，比如struct。這樣可以將相關(guān)屬性更為緊湊的封裝，事實(shí)上這種用法是非常好的用法，也被廣為使用。
• C語(yǔ)言在多人協(xié)同開(kāi)發(fā)時(shí)，利用static的這種用法時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員定義模塊或子系統(tǒng)接口，可以很好的解決同名變量/函數(shù)沖突，有利于協(xié)同并行開(kāi)發(fā)?？梢噪[藏各自的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，各自造各自的輪子，造整車的管造整車，從而較易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。

對(duì)上述代碼稍作總結(jié)，對(duì)一個(gè)使用該模塊的程序員而言來(lái)看模塊，就是下面這樣一個(gè)視圖：

static在函數(shù)內(nèi)

#include 
int fun1() 
{ 
   int count = 0; 
   count++; 
   return count; 
} 

int fun2() 
{ 
   static int count = 0; 
   count++; 
   return count; 
} 

int main() 
{ 
   printf("fun1=%d\n", fun1()); 
   printf("fun1=%d\n", fun1());
    
   printf("fun2=%d\n", fun2()); 
   printf("fun2=%d\n", fun2());   
   return 0; 
}

由于一個(gè)自動(dòng)型變量，一個(gè)是靜態(tài)變量，存儲(chǔ)位置不一樣，生命周期也不一樣，所以運(yùn)行結(jié)果也不一樣。

fun1=1
fun1=1
fun2=1
fun2=2

對(duì)于把函數(shù)內(nèi)部變量定義為static型，個(gè)人建議是如某特性只與函數(shù)內(nèi)需求或特性相關(guān)，則可以這樣使用，如果不是則不建議將過(guò)多變量定義成函數(shù)內(nèi)部靜態(tài)變量。當(dāng)然事無(wú)絕對(duì)，這個(gè)使用起來(lái)還是很靈活的。舉個(gè)栗子：

• 比如一個(gè)函數(shù)內(nèi)部某些操作，在整個(gè)程序運(yùn)行生命周期，只允許運(yùn)行一次，這種特性屬于私有特性，個(gè)人會(huì)采用下面這種策略。

void fun()
{
     static bool called = false;
     if(!called)
     {
        called = true;
        /*應(yīng)用代碼A*/
        .....
     }
     
     .....
}

這樣當(dāng)該函數(shù)在第一次運(yùn)行時(shí)，將會(huì)調(diào)用應(yīng)用代碼A塊，然后將標(biāo)志設(shè)置為true，由于該變量生命周期為整個(gè)程序的生命周期，則該函數(shù)下次進(jìn)入時(shí)，將不會(huì)調(diào)用應(yīng)用代碼A塊。當(dāng)然如果把這個(gè)標(biāo)志用模塊靜態(tài)變量或者全局變量標(biāo)記從功能上是一樣的，這樣放入內(nèi)部的好處是這種需求的scope就是該函數(shù)內(nèi)部，所以作用域與待實(shí)現(xiàn)的需求比較好的匹配。

總結(jié)一下

由于C語(yǔ)言不是對(duì)象語(yǔ)言，如能很好利用static關(guān)鍵字的語(yǔ)言特性，也可以實(shí)現(xiàn)些封裝屬性、開(kāi)放接口的對(duì)象思想。當(dāng)然C語(yǔ)言的對(duì)象編程策略絕不僅限于這一點(diǎn)。如能善用一些語(yǔ)言特點(diǎn)將會(huì)使代碼變得更加緊湊、優(yōu)雅。本文做了些簡(jiǎn)單示例總結(jié)，當(dāng)然對(duì)于軟件大牛而言，則顯得頗為粗淺了。