C++ 类的static静态成员

静态static

静态成员的提出是为了解决数据共享的问题。实现共享有许多方法，如：设置全局性的变量或对象是一种方法。但是，全局变量或对象是有局限性的。

在全局变量前，加上关键字static该变量就被定义成为了一个静态全局变量。  该变量只有在本源文件中可见，严格讲应该为定义之处开始到本文件结束，静态全局变量不能被其他文件所用。

通常，在函数体内定义一个变量，每当程序运行到该语句时都会给该局部变量分配栈内存。但随着程序退出函数体，系统就会回收栈内存，局部变量也相应失效。但有时候我们需要在两次调用之间对变量的值进行保存。通常的想法是定义一个全局变量来实现。但这样一来，变量已经不再属于函数本身了不再受函数的控制，给函数的维护带来不便。静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区，而不是保存在栈中，每次的值保存到下一次调用，直到下次赋新值。

与函数体内的静态局部变量相似，在类中使用静态成员变量可实现多个对象之间的数据共享，又不会破坏隐藏的原则，保证了安全性还可以节省内存。定义数据成员为静态变量，表明此全局数据逻辑上属于该类。定义成员函数为静态函数，表明此全局函数逻辑上属于该类，而且该函数只对静态数据、全局数据或者参数进行操作，而不对非静态数据成员进行操作。
 
综上：

静态全局变量

定义：在全局变量前，加上关键字 static 该变量就被定义成为了一个静态全局变量。

特点：
　　A、该变量在全局数据区分配内存。
　　B、初始化：如果不显式初始化，那么将被隐式初始化为0。
 

静态局部变量

定义：在局部变量前加上static关键字时，就定义了静态局部变量。

特点：
　　A、该变量在全局数据区分配内存。
　　B、初始化：如果不显式初始化，那么将被隐式初始化为0。
　　C、它始终驻留在全局数据区，直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域，当定义它的函数或语句块结束时，其作用域随之结束。

静态数据成员

特点：
　　A、内存分配：在程序的全局数据区分配。
　　B、初始化和定义：
　　　 a、静态数据成员定义时要分配空间，所以不能在类声明中定义。
　　　 b、为了避免在多个使用该类的源文件中，对其重复定义，所在，不能在类的头文件中
　　　　定义。
　　　 c、静态数据成员因为程序一开始运行就必需存在，所以其初始化的最佳位置在类的内部实现。
　　C、特点
　　　 a、对相于 public,protected,private 关键字的影响它和普通数据成员一样，
　　　 b、因为其空间在全局数据区分配，属于所有本类的对象共享，所以，它不属于特定的类对象，在没产生类对象时其作用域就可见，即在没有产生类的实例时，我们就可以操作它。
　　D、访问形式
　　　 a、 类对象名.静态数据成员名

      E、静态数据成员，主要用在类的所有实例都拥有的属性上。比如，对于一个存款类，帐号相对于每个实例都是不同的，但每个实例的利息是相同的。所以，应该把利息设为存款类的静态数据成员。这有两个好处，第一，不管定义多少个存款类对象，利息数据成员都共享分配在全局区的内存，所以节省存贮空间。第二，一旦利息需要改变时，只要改变一次，则所有存款类对象的利息全改变过来了，因为它们实际上是共用一个东西。

静态成员函数

特点：
　　A、静态成员函数与类相联系，不与类的对象相联系。
　　B、静态成员函数不能访问非静态数据成员。原因很简单，非静态数据成员属于特定的类实例。
作用：
　　主要用于对静态数据成员的操作。

调用形式：
　　类对象名.静态成员函数名（）

一、静态数据成员

在类中，静态成员可以实现多个对象之间的数据共享，并且使用静态数据成员还不会破坏隐藏的原则，保证了安全性。

静态数据成员在定义或说明时前面加关键字static，如：

class A
{
    int n;
    static int s;
};

sizeof 运算符不会计算静态成员变量，sizeof(CMyclass)等于4。使用静态数据成员可以节省内存，因为它是所有对象所公有的，因此，对多个对象来说，静态数据成员只存储一处，供所有对象共用。
静态数据成员是静态存储的，它是静态生存期，必须对它进行初始化。静态成员初始化与一般数据成员初始化不同，类数据成员在类内部声明，但是静态成员必须在类的外面初始化，静态数据成员初始化的格式如下：

<数据类型><类名>::<静态数据成员名>=<值>

如果一个类中说明了静态数据成员，只有在这个类的第一个对象被创建时被初始化，自第二个对象起均不作初始化。对A类中静态数据成员s进行初始化：

    int A::s = 0; 

初始化在类体外进行，而前面不加static，以免与一般静态变量或对象相混淆。

  static int A::s = 0;  // error C2720: “A::s”: 成员上的“static ”存储类说明符非法

初始化时不加该成员的访问权限控制符private，public等。初始化时使用作用域运算符来标明它所属类，因此，静态数据成员是类的成员，而不是对象的成员。
引用静态数据成员时，采用如下格式：
        <类名>::<静态成员名>

类为静态数据成员只分配了一块存储空间。如果一个数据是一个类的所有实例都需要的，而这个数据值的变化对于这个类的所有实例又始终应当是统一的，就应该把这个数据定义为静态数据成员。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A(int i)
    {
        s += i;
    }
    int n;
    static int s;
};
int A::s = 0;//类外初始化
int main( )
{
    A a1(5);
    A a2(3);
    cout<<"s = "<<A::s<<endl;
    return 0;
}

程序执行结果：

s = 8

静态数据成员被类的所有对象所共享，包括该类派生类的对象。即派生类对象与基类对象共享基类的静态数据成员。

#include <iostream>
using namespace std;
class B
{
public :
    static int i;
};
int B::i = 0;
class D:public B
{
};
int main()
{
    B b;
    D d;
    b.i++;
    cout<<"base class static data number i is "<<b.i<<endl;
    d.i++;
    cout<<"derived class static data number i is "<<d.i<<endl;
    return 0;
}

程序执行结果：

base class static data number i is 1
derived class static data number i is 2

二、静态成员函数

除静态数据成员以外，一个类还可以有静态成员函数。静态函数仅可以访问静态成员，或是静态成员函数或是静态数据成员。
静态成员函数和静态数据成员一样，它们都属于类的静态成员，它们都不是对象成员。因此，对静态成员的引用不需要用对象名。

class A
{
public:
    void setX(int i)
    {
        x = i;
    };
    static int getN( )
    {
        setX(10);   // error C2352: "A::setX": 非静态成员函数的非法调用
        y = 100;    //error C2597: 对非静态成员"A::y"的非法引用
        return s;   //OK
    }
    void func()
    {
        getN();    //OK
    }
private:
    int x;
    int y;
    static int s;
};

因为静态成员函数属于整个类，在类实例化之前就已经分配空间了，而类的非静态成员必须在类的实例化对象之前才能有内存空间，所以类的静态成员访问非静态成员就会出错，就好像没有声明一个变量却提前使用它一样。但类的非静态成员函数却可以调用静态成员函数。

class A
{
public:
     static int i;
     static void func( ){}
};
int A::i = 0;
int main( ) 
{
    A c1;
     c1.func( );       // 通过类对象访问静态成员函数
     A::func( );       // 通过类名访问静态成员函数
     int x = c1.i;      //通过类对象访问静态数据成员
     int y = A::i;      //通过类名访问静态数据成员
}

从上例从中可看出，调用静态成员函数使用如下格式：
        <类名>::<静态成员函数名>(<参数表>);
另外，还可通过类的对象来访问静态数据成员和静态成员函数。
在说明前面加了static关键字的静态成员变量为所有对象共享。如果是public的话，那么静态成员在没有对象生成的时候也能直接访问。静态成员函数没有this指针，所以它不需要实例就能运行。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    static int i;
    static void func()
    {
        cout<<"i = "<<i<<endl;
    }
};
int A::i = 0;
int main( )
{
    A::func( );       // 通过类名访问静态成员函数
    return 0;
}

程序执行结果：

i=0;

同静态数据成员一样，静态成员函数是被类的所有对象所共享，包括该类派生类的对象。

#include <iostream>
using namespace std;
class B
{
public:
    static func()
    {
        i++;
    }
    static int i;
};
int B::i = 0;
class D:public B
{
};
int main()
{
    B b;
    D d;
    b.func();
    cout<<"base class static data number i is "<<b.i<<endl;
    d.func();
    cout<<"derived class static data number i is "<<d.i<<endl;
    return 0;
}

和非静态成员函数一样，静态成员函数可以在派生类中被重定义，派生类会隐藏基类同名的函数。但静态成员函数不能为virtual函数，这是因为virtual函数由编译器提供了this指针，而static是没有this指针的。

三、静态数据成员和静态成员函数例子

#include <iostream>
using namespace std;
class Apple
{
private :
    int nWeight;
    static int nTotalWeight;
    static int nTotalNumber;
public:
    Apple( int w)  ;
    ~Apple( ) ;
    static void print( );
};
Apple::Apple( int w)
{
    nWeight = w;
    nTotalWeight += w;
    nTotalNumber ++;
}
Apple::~Apple( )
{
    nTotalWeight -= nWeight;
    nTotalNumber --;
}
void Apple::print()
{
    cout<<"TotalWeight = "<<nTotalWeight<<" TotalNumber = "<<nTotalNumber<<endl;
}
int Apple::nTotalWeight = 0;
int Apple::nTotalNumber = 0;
int main()
{
    Apple a1(6), a2(1);
    Apple::print( );
    return 0;
}

程序执行结果：

TotalWeight = 7 TotalNumber = 2

将上例中的print( )函数改为：

void Apple:: print( )
{  
    cout <<"Weight = "<<nWeight<<" TotalWeight = "<<nTotalWeight<< " TotalNumber = "<< nTotalNumber<<endl;
}

则：
Apple a;
a.print( );       // 解释得通
Apple::print( );  // 解释不通，nWeight到底是属于那个对象的？

上面Apple类的不足之处：在使用Apple类的过程中，有时会调用复制构造函数生成临时的隐藏的Apple对象(作为参数时，作为返回值时）那么临时对象在消亡时会调用析构函数，减少nTotalNumber 和 nTotalWeight的值，可是这些临时对象在生成时却没有增加 nTotalNumber 和 nTotalWeight的值。例如main函数改为：

int main()
{
    Apple a1(6), a2(1);
    {
        Apple a3(a2);
    }
    Apple::print( );
    return 0;
}

此时，程序执行结果为：
    TotalWeight = 6 TotalNumber = 1

a3对象是个局部对象，它是通过a2来初始化的，因此会调用复制构造函数，离开作用域时会调用析构函数使TotalWeight和TotalNumber都减少，然而这里没有复制函数，不会增加，析构函数却存在只会减少，不该出现的情况发生了：“苹果被多吃了”。因此，要为Apple类写一个复制构造函数：

Apple::Apple( Apple & a )
{
        nWeight = a.nWeight;
        nTotalWeight += a.nWeight ;
        nTotalNumber ++;
}