C语言中的静态函数

Question

在C语言中，将函数声明为static的作用是什么？

- Cenoc

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C++中不存在所谓的“methods”。我认为你可能混淆了Objective-C。 - Bo Persson

不好意思，我对Python有点困惑。在Python中，类内的函数被称为方法。 - orlp

可能是什么是C语言中的“静态函数”？的重复问题。 - atoMerz

Answer 1

将函数定义为static可以将其隐藏在其他翻译单元中，这有助于提供封装。

helper_file.c

int f1(int);        /* prototype */
static int f2(int); /* prototype */

int f1(int foo) {
    return f2(foo); /* ok, f2 is in the same translation unit */
                    /* (basically same .c file) as f1         */
}

int f2(int foo) {
    return 42 + foo;
}

main.c:

int f1(int); /* prototype */
int f2(int); /* prototype */

int main(void) {
    f1(10); /* ok, f1 is visible to the linker */
    f2(12); /* nope, f2 is not visible to the linker */
    return 0;
}

- pmg

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这里使用“翻译单元”一词是否正确？使用“目标文件”会更准确吗？据我所知，静态函数对链接器是隐藏的，而链接器不对翻译单元进行操作。 - Steven Eckhoff

我还应该说，我喜欢把它想象成对连接器隐藏的状态；这样似乎更清晰明了。 - Steven Eckhoff

你怎么编译这个程序？你使用 #include <helper_file.c> 吗？我认为那样会使它成为一个单一的翻译单元... - Atcold

@Atcold：我编写代码的方式是在命令行中包含这两个源文件，就像这样 gcc -std=c99 -pedantic -Wall -Wextra main.c helper_file.c。函数的原型在两个源文件中都存在（不需要头文件）。链接器将解析这些函数。 - pmg

当您不将函数声明为static时，链接器即使没有原型也可以找到它。缺少原型会防止编译器检查返回和参数类型，但不会阻止其发出调用该函数的代码。 - pmg

Answer 2

pmg关于封装的观点是正确的；除了隐藏函数不被其他翻译单元调用（或者更确切地说，正因为此），将函数设为static还可以在编译器进行优化时提供性能优势。

因为static函数不能从当前翻译单元之外的任何地方调用（除非代码采用其地址的指针），所以编译器控制所有进入它的调用点。

这意味着它可以使用非标准的ABI，完全内联它，或执行任何数量的其他优化，而对于具有外部链接的函数可能不可能实现这些优化。

- Stephen Canon

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除非获取函数的地址。 - caf

@caf 你说的函数地址被取走是什么意思？对我来说，函数/变量具有地址或在编译时分配地址的概念有点令人困惑。你能详细解释一下吗？ - SayeedHussain

@crypticcoder：你的程序已经加载到内存中，因此函数也有一个内存位置，可以获取地址。使用函数指针，你可以调用其中任何一个函数。如果这样做，它会减少编译器可以执行的优化列表，因为代码必须保持在同一位置不变。 - user1454661

我的意思是一个表达式会评估函数的指针，并对其进行一些操作，而不是立即调用该函数。如果一个指向“静态”函数的指针逃离了当前的翻译单元，那么该函数可以直接从其他翻译单元中调用。 - caf

如果函数地址被获取，编译器是否会检测到并关闭本答案中提到的静态函数优化（例如使用非标准 ABI）？我想它必须这样做。 - sevko

@sevko：是的-不过这并不太难，因为至少任何获取函数地址的表达式都必须在同一个源文件中。 - caf

Answer 3

static关键字用于C语言中的编译文件(.c文件，而不是.h文件)，这样该函数只存在于该文件中。

通常，在创建一个函数时，编译器会生成一些垃圾代码，以便链接器可以使用它们将函数调用链接到该函数。如果使用了static关键字，则同一文件中的其他函数可以调用此函数(因为可以直接访问，无需借助链接器)，而链接器没有提供任何信息让其他文件访问该函数。

- 3Doubloons

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3Doub：使用“cruft”这个词比你认为的更精确。在这个问题的背景下，“cruft”是正确的词。 - Erik Aronesty

@3Doubloons 我同意它是简化的，但我认为这使得初学者更容易理解。 - Ingo Bürk

Answer 4

看了上面的帖子，我想给出一个更明确的答案：

假设我们的main.c文件长这样：

#include "header.h"

int main(void) {
    FunctionInHeader();
}

现在考虑三种情况：

案例 1： 我们的"header.h"文件如下所示：

#include static void FunctionInHeader();

void FunctionInHeader() { printf("在头文件内调用函数\n"); }

然后在Linux上执行以下命令：

gcc main.c -o main

将会成功！这是因为在"main.c"文件包含了"header.h"之后，静态函数定义就会存在于相同的"main.c"文件中（更准确地说，在相同的翻译单元）。

如果运行"./main"，将会输出"在头文件内调用函数"，这正是该静态函数应该打印出的内容。

案例 2：我们的头文件"header.h"如下所示：

static void FunctionInHeader();

还有另外一个文件"header.c"，其内容如下：

#include #include "header.h"

void FunctionInHeader() { printf("在头文件内调用函数\n"); }

然后执行以下命令：

gcc main.c header.c -o main

将会出现错误。在这种情况下，"main.c"只包含了静态函数的声明，而定义却留在了另一个翻译单元中，并且"static"关键字阻止了代码定义函数的链接。

案例 3： 与案例2类似，只不过现在我们的头文件"header.h"变成了：

void FunctionInHeader(); // 移除了"static"关键字

然后执行和案例2相同的命令，将会成功，并且继续执行"./main"会得到预期结果。这里的"FunctionInHeader"定义位于另一个翻译单元中，但是可以链接该定义的代码。

因此，总之：

static keyword prevents the code defining a function to be linked,
when that function is defined in another translation unit than where it is called.

- mercury0114

Answer 5

C程序员使用static属性来隐藏模块内的变量和函数声明，就像您在Java和C++中使用public和private声明一样。 C源文件扮演模块的角色。任何使用static属性声明的全局变量或函数都是私有的，只能由该模块访问。同样，任何未使用static属性声明的全局变量或函数都是公共的，可以被任何其他模块访问。在可能的情况下，使用static属性保护您的变量和函数是良好的编程实践。

- Computer Systems

Answer 6

pmg的回答非常有说服力。如果您想了解静态声明在对象级别上是如何工作的，那么以下信息可能对您很有帮助。

我重用了pmg编写的同一程序，并将其编译成.so（共享对象）文件。

以下内容是将.so文件转储为人类可读格式后的结果：

0000000000000675 f1: f1函数的地址

000000000000068c f2: f2（静态）函数的地址

注意函数地址的差异，这意味着某些事情。对于使用不同地址声明的函数，它可以非常明显地表示f2位于非常远或对象文件的不同段中。

链接器使用称为PLT（过程链接表）和GOT（全局偏移表）的东西来理解它们可以访问的符号链接到哪里。

现在暂时认为GOT和PLT神奇地绑定了所有地址，动态部分保存了链接器可见的所有这些函数的信息。

转储.so文件的动态部分后，我们得到了一堆条目，但只对f1和f2函数感兴趣。

动态部分仅保存了f1函数的地址为0000000000000675，而没有保存f2的地址！

Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name

 9: 0000000000000675    23 FUNC    GLOBAL DEFAULT   11 f1

就是这样！从中可以清楚地看出，由于f2函数不在.so文件的动态部分中，因此链接器将无法找到它。

- human.js

Answer 7

当需要限制对某些函数的访问时，我们会在定义和声明函数时使用 static 关键字。

            /* file ab.c */ 
static void function1(void) 
{ 
  puts("function1 called"); 
} 
And store the following code in another file ab1.c

/* file ab1.c  */ 
int main(void) 
{ 
 function1();  
  getchar(); 
  return 0;   
} 
/* in this code, we'll get a "Undefined reference to function1".Because function 1 is declared static in file ab.c and can't be used in ab1.c */

- Amna Salman

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这个答案并不是很有帮助。 - fiscblog