使用C++靜態變數實現數據共享

一、靜態變數的基本概念

靜態變數在C++中一般被用來表示類變數或者全局變數，不同於動態變數，靜態變數的內存空間只在程序運行期間被初始化一次，而不是每次執行到它所在的函數時都會重新分配一塊內存。因此，靜態變數可以用來共享數據。

靜態變數有兩種聲明方式：在函數中聲明和在類中聲明。在函數中聲明的靜態變數可以用來保存在函數調用之間需要持久存儲的數據，比如一個計數器。在類中聲明的靜態變數則可以被所有的實例對象所共享。

#include <iostream>
using namespace std;

void func() {
  static int counter = 0;
  counter++;
  cout << "函數被執行了 " << counter << " 次" << endl;
}

int main() {
  for(int i=0; i<5; i++) {
    func();
  }
  return 0;
}

以上代碼演示了在函數中使用靜態變數實現計數器的效果：

函數被執行了 1 次
函數被執行了 2 次
函數被執行了 3 次
函數被執行了 4 次
函數被執行了 5 次

二、靜態變數的生命周期

靜態變數在程序運行期間一直存在，直到程序退出才會被銷毀。

當在函數中聲明一個靜態變數時，該靜態變數的聲明周期與程序的生命周期相同，但是作用域只在函數內部。對於在類中聲明的靜態變數，它的生命周期與類的生命周期相同，但是作用域是全局的，可以被所有實例對象所調用。

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass {
   public:
      static int counter;

      void func() {
          counter++;
      }
};

int MyClass::counter = 0; // 靜態變數初始化

int main() {
    Myclass obj1;
    Myclass obj2;
    obj1.func();
    obj2.func();
    cout << "obj1調用函數 " << obj1.counter << " 次" << endl;
    cout << "obj2調用函數 " << obj2.counter << " 次" << endl;
    return 0;
}

以上代碼演示了在類中使用靜態變數實現數據共享的效果：

obj1調用函數 2 次
obj2調用函數 2 次

三、靜態變數的線程安全

多線程環境下使用靜態變數時，需要注意靜態變數的線程安全性。如果多個線程同時訪問同一個靜態變數，有可能會引發線程安全問題。為了解決這個問題，可以使用互斥鎖（mutex）來控制靜態變數的訪問。

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
using namespace std;

static mutex mtx;
static int sharedData = 0;

void func() {
    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        mtx.lock();
        sharedData++;
        mtx.unlock();
    }
}

int main() {
    thread t1(func);
    thread t2(func);
    t1.join();
    t2.join();
    cout << "sharedData = " << sharedData << endl;
    return 0;
}

以上代碼演示了在多線程環境下使用靜態變數實現數據共享的效果。為了保證sharedData的線程安全性，使用了互斥鎖。

sharedData = 2000000

四、靜態變數的使用注意事項

使用靜態變數時，需要注意以下幾點：

1、盡量避免在函數中定義靜態變數。在多線程環境下，會導致靜態變數的線程安全性難以保證。

2、靜態變數的初始化需要在第一次使用之前進行。如果忘記初始化，會導致程序運行出錯。

3、靜態變數會一直存在於程序的內存中，因此需要合理使用靜態變數，避免造成內存浪費。