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1. 简介
在Vitis HLS中，偶尔会用到 static 关键字。考虑到Vitis HLS同时兼容C和C++语言，有必要理解这两种语言中static关键字细微差异。本文旨在梳理和总结C与C++中static关键字的具体差别，以便于开发者更加精确地应用于Vitis HLS环境中。
2. c/c++共有性质
- static 修饰全局变量
表明一个全局变量只对定义在同一文件中的函数可见。
全局变量的作用域被限制在定义它的文件内，这意味着该全局变量只能被同一源文件中的函数访问。
- static 修饰局部变量
表明该变量的值不会因为函数终止而丢失。
局部变量的生命周期变为整个程序执行期间，但其作用域不变，仍然只在定义它的函数内。
这种特性使得static局部变量适合于实现需要记录之前状态或结果的功能，例如，用于计数函数被调用的次数。
- static 修饰函数
表明该函数只在同一文件中调用。
函数的作用域被限制在其定义的文件中，这与 static 全局变量的行为是一致的。
3. c++独有性质
- 修饰类的数据成员
表明对该类所有对象这个数据成员都只有一个实例。即该实例归所有对象共有。
- 用static修饰不访问非静态数据成员的类成员函数。
这意味着一个静态成员函数只能访问它的参数、类的静态数据成员和全局变量。
如果不使用static关键词修饰函数或变量，它们就具有全局可见性，可以在其他文件中使用。在C++中，未被static关键词修饰的函数和变量都具有外部链接（external linkage），这意味着它们可以被其他文件引用。需要注意的是，如果在多个文件中定义了同名的全局函数或变量，编译器会报“multiple definition”错误。在这种情况下，可以将这些函数或变量定义为static，或者使用命名空间（namespace）来避免命名冲突。
4. 示例说明
Vitis-HLS-Introductory-Examples/Vitis/single_kernel/vadd_kernel/krnl_vadd.cpp at master · Xilinx/Vitis-HLS-Introductory-Examples · GitHubContribute to Xilinx/Vitis-HLS-Introductory-Examples development by creating an account on GitHub.
https://github.com/Xilinx/Vitis-HLS-Introductory-Examples/blob/master/Vitis/single_kernel/vadd_kernel/krnl_vadd.cpp
链接所示例子中，以下三个函数都static修饰，都只能在本文件中调用：
static void read_input(uint32_t* in, hls::stream<uint32_t>& inStream, int vSize)
static void compute_add(hls::stream<uint32_t>& inStream1,...)
static void write_result(uint32_t* out, hls::stream<uint32_t>& outStream, int vSize)以下函数调用了上面三个函数，此函数在头文件中被申明，属于被别的文件调用，那么不能使用static修饰
void krnl_vadd(uint32_t* in1, uint32_t* in2, uint32_t* out, int vSize)静态成员是类或结构体的成员，它们在整个程序执行期间都只有一个实例。
换句话说，静态成员在所有对象之间共享。这与非静态成员不同，非静态成员在每个对象中都有一个单独的实例。静态成员可以是变量或者函数。例如，定义如下类：
class MyClass {
public:
// 静态成员变量
static int staticVar;
// 非静态成员变量
int nonStaticVar;
// 静态成员函数
static void staticFunction() {
// 静态成员函数可以访问静态成员变量，但不能访问非静态成员变量
staticVar = 10;
}
// 非静态成员函数
void nonStaticFunction() {
// 非静态成员函数可以访问这两者：
// 静态成员变量和非静态成员变量
staticVar = 15;
nonStaticVar = 20;
}
};
// 静态成员变量需要在类外进行定义和初始化
int MyClass::staticVar = 0;
int main() {
MyClass obj1, obj2;
MyClass::staticVar = 42; // 访问静态成员变量，它在所有对象之间共享
std::cout << "obj1.staticVar: " << obj1.staticVar << std::endl; // 输出 42
std::cout << "obj2.staticVar: " << obj2.staticVar << std::endl; // 输出 42
// 访问非静态成员变量，它在每个对象中有一个单独的实例
obj1.nonStaticVar = 5;
obj2.nonStaticVar = 10;
std::cout << "obj1.nonStaticVar: " << obj1.nonStaticVar << std::endl; // 输出 5
std::cout << "obj2.nonStaticVar: " << obj2.nonStaticVar << std::endl; // 输出 10
return 0; }
要点：
- staticVar 是一个静态成员变量，它在所有 MyClass 对象之间共享。
- nonStaticVar 是一个非静态成员变量，它在每个对象中都有一个单独的实例。
- 静态成员函数 staticFunction() 只能访问静态成员变量，而非静态成员函数 nonStaticFunction() 可以访问静态成员变量和非静态成员变量。
5. static 对于 HLS 工具的影响
在使用HLS工具进行综合时，输入和输出端口可以映射到实际的硬件接口，例如AXI接口。对于HLS中的数据流（stream）类型，数据可以通过FIFO或DMA等硬件模块进行传输。在综合过程中，这些数据流通常会被映射到FIFO或DMA硬件模块，并在硬件设计中使用。
尽管 inStream1 是一个在 HLS C++ 代码中定义的变量，但在硬件设计中，它可能被映射到一个FIFO或DMA硬件模块。在这种情况下，static 关键词的作用仅仅是限制变量的作用域，以避免与其他变量发生命名冲突。实际上，inStream1 的状态和值在运行时存储在FIFO或DMA中，而不是存储在静态内存中。
因此，在使用HLS工具进行硬件设计时，static关键词的作用主要是限制变量的作用域，而不是控制变量的存储方式。
6. 总结
本文通过具体实例探讨了C与C++中static关键字的使用差异，并针对其在Vitis HLS环境中的应用进行了详细梳理。尽管static在两种语言中都被广泛使用，但其在作用域管理、变量持久性以及对函数和变量的可见性方面的具体表现形式存在细微差别。
