【C/C++】staticとは？初期化方法・変数や関数での使い方

staticは変数、関数、構造体変数に対して使える修飾子です。

staticを使うと変数などの有効範囲が限定され、変数値はプログラムの始めから終わりまで保持されます。

static変数（静的変数）とは

static変数とは頭にstaticを付けて定義した変数のことをいいます。

static変数は定義したファイル内でのみ使えます。

また、プログラム全体で値が保持されるという特徴があります。

値が保持される、つまり静的な変数なのでstatic変数は静的変数とも呼ばれます。

ローカル変数におけるstaticの使い方・初期化方法

使い方・初期化方法

staticを使うとプログラムを通じてローカル変数の値が保持されます。

ただし変数が使えるのは定義した関数内のみです。

例1のローカル変数をstaticを使って定義すると以下のようになります。

例1：

#include <stdio.h>
void print_num(void);
void main()
{
    print_num();
    print_num();
    print_num();
}
void print_num(void)
{
    static int num=0; //staticローカル変数の定義・初期化
    printf("num=%d\n",num);
    num=num+1; //numの値に1足す
}

初期化は定義と同時に行います。

static変数の初期化は一度だけ行われ、関数を出た後も値は保持されます。

よって例1ではprint_num関数を呼び出すたびにnumの値が増えます。

staticローカル変数を初期化しない場合は自動的に初期値として0が入ります。

しかし後でコードを読んだ人が「初期値には何が入るんだ？何か意図があるのか？」と疑問を持ってしまうので例1のように明示的に初期化するようにしましょう。

また、static変数は定義された関数内でのみ有効なので、main関数からnumを呼び出すとコンパイルエラーになります。

staticローカル変数のメリット

ローカル変数の値を保持できる

staticローカル変数はどんな場合に使うの？

おゆ

関数内の変数の値を保持したいけど、グローバル変数ほど有効範囲が広くなくていい場合に使います。例えば関数内で積算値を計算したいときなどです。

グローバル変数もプログラムを通じて値が保持されますが、どの関数からも呼び出せてしまうので、思わぬタイミングで書き換えられてしまうリスクが高いです。

staticローカル変数は定義した関数でしか使えないので、トラブルを引き起こしにくいのです。

引数を使うよりプログラムが早い

引数の代わりにstatic変数を使うことで引数を作る処理がなくなるので、プログラム速度を早くできるというメリットもあります。

ただしstatic変数はプログラムの実行中常に保持されるので、static変数を多用するとプログラムが大きくなりがち（メインメモリの占有領域が多くなりがち）です。

グローバル変数におけるstaticの使い方・初期化方法

使い方・初期化方法

staticを付けて定義したグローバル変数は他のファイルから参照できないという特徴があります。

staticグローバル変数は以下のように同じファイル内でのみ参照します。

例2：

#include <stdio.h>
static int NUM=0; //staticグローバル変数の定義・初期化
void main()
{
    printf("NUM=%d\n",NUM);
}

通常、初期化は定義と同時に行います。

staticグローバル変数を初期化しない場合は自動的に初期値として0が入ります。

しかし後でコードを読んだ人が「初期値には何が入るんだ？何か意図があるのか？」と疑問を持ってしまうので例2のように明示的に初期化するようにしましょう。

staticグローバル変数のメリット

変数の有効範囲を制限できる

なぜ変数の有効範囲を同じファイル内に制限する必要があるの？

おゆ

変数が意図しない値に書き換えられてしまうミスを防ぐためです。

プログラミングにおいては変数にできるだけ制限を付けるのが鉄則です。

制限付けず、どこからでも書き換えできると意図しない値に書き換えられてしまう可能性があるからです。

大きなプログラムは複数人で開発するので、同僚が思いもよらない使い方をすることがよくあります。

1人で開発している場合でも何年か後にコードを見直すときにはどれがどんな変数か完全に忘れています。

制限を付けると確かに不便になるのですが、気づかないうちに意図しない動きをしていて損失を出すよりは遥かに良いのです。

staticは変数の利用範囲に制限を付けてミスを減らすための機能の1つなのです。

他ファイルで変数名が被ってもエラーにならない

グローバル変数はstaticを付けなくてもextern宣言しなければ定義したファイル内でしか使えないんだよね。何でわざわざstaticを付けるの？

おゆ

他のファイルでは使わない変数だと明示したいときや、他のファイルで同じ名前のグローバル変数を使いたいときにstaticを使います。

通常は複数ファイルにて同じ名前のグローバル変数を定義するとリンク時にエラーになります。

同じ名前のグローバル変数は一度しか定義してはいけないというルールがあるからです。

しかしstaticグローバル変数なら複数ファイルで同じ名前のグローバル変数を定義できます。

staticグローバル変数どうしは同じ名前であっても全く異なる変数として扱われます。

関数におけるstaticの使い方

関数に対してstaticを使うと、その関数は定義したファイル内でのみ呼び出し可能になります。

以下の例のstatic関数は同じファイル内からは呼び出せますが、別のファイルからは呼び出せません。

例3：

#include <stdio.h>
static int plus(int x, int y){return x+y;}
void main()
{
    printf("3+2=%d\n",plus(3,2));
}

返り値がないvoid関数にもstaticが使えます。

プロトタイプ宣言する場合はプロトタイプ宣言と関数の定義の両方にstaticを付けます。

構造体におけるstaticの使い方・初期化方法

構造体の宣言においてはstaticを使うことはできませんが、構造体変数を定義する際にはstaticが使えます。

例4：

#include <stdio.h>
typedef struct //構造体の宣言
{
    int id;
    char name[30];
}person;
static person sato={0,"Sato Hiroyuki"}; //staticを使って構造体変数の定義
void main()
{
    printf("ID=%d, Name=%s\n",sato.id,sato.name);
}

例ではグローバル変数を作りましたが、ローカル変数でもstaticが使えます。

staticとexternは同時に使えない

staticとは変数を定義したファイル内でのみ使えるようにする機能でした。

一方でexternはstaticと真逆で、変数を別ファイルでも使えるようにする機能です。

そのためstaticとexternを同時に使うことはできません。

例えば以下のようにextern宣言を使って複数ファイルでstatic変数を共有しようとするとコンパイルエラーになります。

例5：

main.c

#include <stdio.h>
#include "head.h"
static int NUM=0;
void main()
{
    printf("NUM=%d\n",NUM);
}

head.h

#ifndef HEAD_H
#define HEAD_H

extern int NUM; //static変数はextern宣言できない
void print_NUM();

#endif

sub.c

#include <stdio.h>
#include "head.h"
void print_NUM(){printf("NUM=%d\n",NUM);} //NUMは参照できない

グローバル変数を複数ファイルで共有する際にはヘッダファイルでextern宣言をします。

しかしstatic変数は他ファイルから参照できないので、コンパイルエラーになります。

sub.cではNUMを使おうとしていますがこれもNUMがstatic変数なためできません。

この場合、ヘッダファイル内でstatic変数を宣言しちゃえばエラーにならないんじゃない？

おゆ

確かにエラーにはなりませんが、staticを付ける意味がなくなってしまうので、通常そのような使い方はしません。

staticを付ける目的は変数の有効範囲を制限してプログラムミスを減らすことでした。

しかしヘッダファイルでstaticを付けて宣言してしまうと、ヘッダファイルがインクルードされたファイルすべてでstatic変数が使えてしまい、staticにする意味がなくなってしまいます。

ヘッダファイルは複数のソースファイルでインクルードして変数宣言を何度も書かなくて良くする目的で作られているので、staticとは相性が悪いのです。

static変数はソースファイルごとに定義して使います。