C++的靜態(tài)成員變量和靜態(tài)成員函數(shù)你了解多少

更新時間：2022年02月18日 14:34:17 作者：EJoft

這篇文章主要為大家詳細介紹了C++的靜態(tài)成員變量和靜態(tài)成員函數(shù)，文中示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

靜態(tài)成員變量

這里先引用GeeksforGeeks的一段內容：

Static data members are class members that are declared using static keywords. A static member has certain special characteristics. These are:

Only one copy of that member is created for the entire class and is shared by all the objects of that class, no matter how many objects are created.
It is initialized before any object of this class is being created, even before main starts.
It is visible only within the class, but its lifetime is the entire program

語法： static data_type data_member_name;

靜態(tài)變量在任何類對象創(chuàng)建前初始化

我們看代碼示例，一碼勝千言

#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
    A() {
        cout << "A constructed" << endl;
    }
};
class B {
    static A a;
public:
    B() {
        cout << "B constructed" << endl;
    }
};
int main() {
    B b;
    return 0;
}
// output
B constructed

我們看到B類有一個靜態(tài)成員A類，但是在創(chuàng)建B的對象時并沒有調用A的構造函數(shù)，原因很簡單，即在類B中僅僅聲明(declare)了靜態(tài)類A，但沒有在類外定義(define)它。 如果我們在靜態(tài)成員變量定義前使用它，那么會編譯報錯，這和代碼塊中的靜態(tài)變量不同，代碼塊中的靜態(tài)變量會有常量初始化的過程，代碼示例如下。

#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
    int x;
    A() {
        cout << "A constructed" << endl;
    }
};
class B {
    static A a;
public:
    B() {
        cout << "B constructed" << endl;
    }
    static A getA() {return a;}
};
int main() {
    B b;
    // A a = b.getA(); // ERROR Compiler Error: undefined reference to `B::a' 
    static int n;
    cout << n << endl; // ok 0
    return 0;
}

定義靜態(tài)成員變量

我們在類內定義靜態(tài)成員變量時需要 static，在類外定義鏡頭成員變量時不用 static，語法如下。

class X { static int n; }; // declaration (uses 'static')
int X::n = 1;              // definition (does not use 'static')

這里需要注意幾點：

const靜態(tài)成員變量無法在類內初始化
靜態(tài)成員變量只能在方法外定義，且一定要定義完才能對起引用。

我們考慮下為什么不能在聲明中初始化靜態(tài)變量，這是因為聲明描述來如何分配內存，但不分配內存。這里我們還是使用上面代碼的例子來說明。

using namespace std;
class A {
public:
    int x;
    A() { cout << "A's constructor called " << endl; }
};
class B {
    static A a;
public:
    B() { cout << "B's constructor called " << endl; }
    static A getA() { return a; }
};
A B::a; // definition of a
int main() {
    B b1, b2, b3;
    A a = b1.getA();
    cout << a.x << endl; // 0
    return 0;
}

output

A's constructor called 
B's constructor called 
B's constructor called 
B's constructor called 
0

從上述結果我們也可以看出來靜態(tài)成員變量確實在創(chuàng)建類對象之前初始化。

使用靜態(tài)成員變量

有兩種方法可以引用靜態(tài)成員變量,＜類對象名＞.＜靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名＞ 或 ＜類類型名＞::＜靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名＞

To refer to a static member m of class T, two forms may be used: qualified name T::m or member access expression E.m or E->m, where E is an expression that evaluates to T or T* respectively. When in the same class scope, the qualification is unnecessary:

struct X
{
    static void f(); // declaration
    static int n;    // declaration
};
X g() { return X(); } // some function returning X
void f()
{
    X::f();  // X::f is a qualified name of static member function
    g().f(); // g().f is member access expression referring to a static member function
}
int X::n = 7; // definition
void X::f() // definition 
{ 
    n = 1; // X::n is accessible as just n in this scope
}

類對象共享靜態(tài)成員

靜態(tài)類成員有一個特點：無論創(chuàng)建了多少個對象，程序都只創(chuàng)建一個靜態(tài)類變量副本。也就是說，類的所有對象共享同一個靜態(tài)成員。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員和普通數(shù)據(jù)成員一樣遵從public,protected,private訪問規(guī)則；

在這里插入圖片描述

接下來看另一個代碼示例

#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:
    static int x;
    int y;
    static void f() {
        // y++; Error invalid use of member 'y' in static member function
        x++;
        cout << "A static function, x = " << x << endl;
    }
};
int A::x;
int main() {
    A a;
    cout << "x = " << A::x << endl;
    cout << "x = " << a.x << endl;
    A::f();
    a.f();
    return 0;
}

output

x = 0
x = 0
A static function, x = 1
A static function, x = 2

const constexpr

C++提供了多種在類中定義常量的方式，其中比較常用的有 const，constexpr和enum

class X
{
	// method1 const
    const static int n = 1;
    const static int m{2}; // since C++11
    const static int k; // ok
    // method2 enum
    enum {Month=12};
    // method3 constexpr
    constexpr static int arr[] = { 1, 2, 3 };        // OK
    constexpr static std::complex<double> n = {1,2}; // OK
    constexpr static int k; // Error: constexpr static requires an initializer
};
const int X::k = 3;

其中注意：

1.使用 enum 時并不會創(chuàng)建數(shù)據(jù)成員，即所有的對象中都不包括枚舉，另外Month知識一個符號名稱，在作用于為整個類的代碼中遇到它是，編譯器將用12來替代它。而且只能是整數(shù)。

2.使用 constexpr 來創(chuàng)建類常量時，一定要給其定義，不能只是聲明，而const可以只是聲明，不用給出定義。

靜態(tài)成員函數(shù)

#include <iostream>
using namespace std;
class Person {
public:
    Person() {};
    Person(char *name, int age);
    void show();
    static int getTotal();
private:
    static int m_total;
    char *m_name;
    int m_age;
};
Person::Person(char *name, int age) : m_name(name), m_age(age) {
    m_total++;
}
void Person::show() {
    cout << m_name << "的年齡是" << m_age << ", 總人數(shù)是" << m_total << endl;
}
int Person::getTotal() {
    return m_total;
}
// 一定要先初始化
int Person::m_total = 0;
int main() {
    Person *p1 = new Person("Alice", 18);
    Person *p2 = new Person("Bob", 18);
    p1->show();
    p2->show();
    int total1 = Person::getTotal();
    int total2 = p1->getTotal();
    cout << "total1 = " << total1 << ", total2 = " << total2 << endl;
    return 0;
}

靜態(tài)成員函數(shù)與普通成員函數(shù)的根本區(qū)別在于：普通成員函數(shù)有 this 指針，可以訪問類中的任意成員；而靜態(tài)成員函數(shù)沒有 this 指針，只能訪問靜態(tài)成員（包括靜態(tài)成員變量和靜態(tài)成員函數(shù)）。這里要注意的是普通的成員函數(shù)也能訪問靜態(tài)成員變量。這一點上和Java中的static用法很像。