C++類中的靜態成員變量和靜態成員函數的作用

數據成員可以分爲靜態變量、非靜態變量兩種。

靜態成員:靜態類中的成員加入static 修飾符,即是靜態成員,可以使用類名+靜態成員名訪問此靜態成員,因爲靜態成員存在於內存,非靜態成員需要實例化纔會分配內存,所以靜態成員不能訪問非靜態成員,因爲靜態成員存在於內存,所以非靜態成員可以直接訪問類中的靜態成員。
非靜態成員:所以沒有加static的成員都是非靜態成員,當類被實例化後,可以通過實例化的類名進行訪問,非靜態成員的生存期決定於該類的生存期,而靜態成員則不存在生存期的概念,因爲靜態成員始終駐留在內存中。

一個類中可以包含靜態成員和非靜態成員,類中也包括靜態構造函數和非靜態構造函數。

以下分兩方面來說,第一方面主要是相對於面向過程而言,在這方面不涉及類;另一方面相對於面向對象來說,主要說明static在類中的作用。

一、在面向過程設計中的static關鍵字

  1. 靜態全局變量

定義:在全局變量前加上關鍵字static,該變量就被定義成一個靜態全局變量。

特點:

該變量在全局數據區分配內存
初始化:如果不顯式初始化,那麼將被飲食初始化爲0(自動變量是隨機的,除非是顯式初始化)
該變量只在本源文件可見,嚴格地講,應該從定義之處開始到本文件結束。
文件作用域下聲明的const的常量默認爲static存儲類型。
Example 1

複製代碼
#include
using namespace std;

void fun();
static int n;

void main()
{
n = 20;
cout<<n<<endl;
fun();
}

void fun()
{
n++;
cout<<n<<endl;
}
複製代碼

靜態變量都在全局數據區分配內存,包括靜態局部變量。對於一個完整的程序,在內存中的分佈情況如下:

代碼區
全局數據區
堆區
棧區
一般在程序中,由new產生的動態數據區放在堆區中,函數內部的自動變量存放在棧區。自動變量一般會隨着函數的退出而釋放空間,靜態數據(即使是函數內部的靜態局部變量)也存放在全局數據區中。全局數據區的數據並不會因爲函數的退出而釋放空間。

如果把Example 1中的

static int n;
修改爲

int n;//全局變量。
它可以實現變量在文件中的共享.

但是靜態全局變量有以下好處:

在其他文件中可以定義相同名字的變量,而不會發生衝突。

Example 2

複製代碼
FILE 1
#include
using namespace std;

void fun();
static int n;

void main()
{
n = 20;
cout<<n<<endl;
fun();
}

FILE 2
#include
using namespace std;

extern int n;
void fun()
{
n++;
cout<<n<<endl;
}
複製代碼

  1. 靜態局部變量

定義:在局部變量前加上static關鍵字時,就定義了靜態局部變量。

複製代碼
FILE 3
#include
using namespace std;

void fun();
void main()
{
fun();
fun();
fun();

}

void fun()
{
static int n = 10;
n++;
cout<<n<<endl;
}
複製代碼

通常,在函數體內定義了一個變量,每當程序運行到該語句時都會給該局部變量分配棧內存,但隨着程序退出函數體,系統就會收回棧內存,局部變量也相應失效。但是有時候我們需要在兩次調用之間對變量的值進行保存,通常的想法是定義一個全局變量來實現,但是這樣一來,變量已經不再屬於函數本身了,不再僅受函數的控制,給程序的維護帶來不便。

靜態局部變量正好可以解決這個問題。靜態局部變量保存在全局數據區,而不是保存在棧中,每次的值保持到下一次調用,直到下次賦新值。

特點:

該變量在全局數據區分配內存
初始化:如果不是顯式初始化,那麼將被隱式初始化爲0,以後的函數調用不再進行初始化。
它始終駐留在全局數據區,直到程序運行結束。但其作用域爲局部作用域。當定義它的函數或語句塊結束時,其作用域也隨之結束。
3. 靜態函數與普通函數不同,它只能在聲明它的文件當中可見,不能被其他文件使用。

Example 4

複製代碼
FILE 4
#include
using namespace std;

static void fun();
void main()
{
fun();
}

void fun()
{
int n = 10;
n++;
cout<<n<<endl;
}
複製代碼
定義靜態函數的好處:靜態函數不能被其他文件使用。在其他文件中可以定義相同名字的函數,不會發生衝突。

二、面向對象的static關鍵字
靜態數據成員

在類內數據成員的聲明前加上關鍵字static,該數據成員就是類內的靜態數據成員。

複製代碼
#include
using namespace std;

class MyClass
{
public:
MyClass(int a, int b, int c);
void fun();
private:
int a,b,c;
static int sum;//聲明靜態數據成員
};

int MyClass::sum = 0;
MyClass::MyClass(int a, int b, int c)
{
this->a = a;
this->b = b;
this->c = c;
sum += a+b+c;
}

void MyClass::fun()
{
cout<<"sum = "<<sum<<endl;
}
void main()
{
MyClass M(1,2,3);
M.fun();

MyClass N(4,5,6);  
N.fun();  

}
複製代碼
從以上的程序可以看出,靜態數據成員有以下特點:

對於非靜態數據成員,每個類對象都有自己的拷貝。而靜態數據成員被當作是類的成員。無論這個類的對象定義了多少個,靜態數據成員在程序中也只有一份拷貝,由該類型的所有對象共享訪問。即靜態數據成員是該類的所有對象所共有的。對該類的多個對象來說,靜態數據成員只分配一次內存,供所有對象共用。所以,靜態數據成員的值對每個對象都是一樣的,它的值可以更新。
靜態數據成員存儲在全局數據區,靜態數據成員定義時要分配空間,所以不能在類聲明中定義。應該在類外定義。
靜態數據成員和普通數據成員一樣遵從public、private、protected訪問規則。
由於靜態數據成員在全局數據區分配內存,屬於本類的所有對象共享,它不屬於特定的類對象,在沒有產生類對象時作用域就可見。即在沒有產生類的實例時,我們就可以操作它。
靜態數據成員的初始化與一般數據成員的初始化不同,即它的初始化格式爲:

<數據類型><類名>::<靜態數據成員> = <值>

類的靜態數據成員有兩種訪問方式:

如果靜態數據成員的訪問權限允許的話,即爲public成員,可在程序中,按上述格式來引用靜態數據成員;

靜態數據成員主要用在各個對象都有相同的某項屬性的時候。比如對一個存款類,每個實例的利息都是相同的,所以把利息可以設爲存款類的靜態數據成員。這有兩個好處,一是不管定義多少個存款類對象,利息數據成員都共享分配在全局數據區的內存,所以節省了存儲空間。二是一旦利息需要改變時,只要改變一次,則所有存款類對象的利息全改變過來了。

同全局變量相比,使用靜態數據成員有兩個優勢:

靜態數據成員沒有進入程序的全局名字空間,因此不存在與程序中其他全局名字衝突的可能性;
可以實現信息隱藏。靜態數據成員可以使private成員,而全局變量不能。

靜態成員函數

與靜態數據成員一樣,我們也可以創建一個靜態成員函數,它爲類的全部服務,而不是爲某一個類的具體對象服務。靜態成員函數與靜態數據成員一樣,都是在類的內部實現,屬於類定義的一部分。普通的成員函數一般都隱藏了一個this指針,this指針指向類的對象本身,因爲普通成員函數總是具體的屬於某個類的具體對象的。通常情況下,this指針是缺省的、但是與普通函數相比,靜態成員函數由於不是與任何的對象相聯繫,因此它不具有this指針,從這個意義上講,它無法訪問屬於類對象的非靜態數據成員,也無法訪問非靜態成員函數,它只能調用其餘的靜態成員函數。

Example 6

複製代碼
#include
using namespace std;

class MyClass
{
public:
MyClass(int a, int b, int c);
static void fun();
private:
int a,b,c;
static int sum;//聲明靜態數據成員
};

int MyClass::sum = 0;
MyClass::MyClass(int a, int b, int c)
{
this->a = a;
this->b = b;
this->c = c;
sum += a+b+c;
}

void MyClass::fun()
{
cout<<"sum = "<<sum<<endl;
}
void main()
{
MyClass M(1,2,3);
M.fun();

MyClass N(4,5,6);  
N.fun();  
MyClass::fun();//靜態成員函數的訪問  

}
複製代碼
關於靜態成員函數,可以總結以下幾點:

出現在類體外的函數不能指定關鍵字static;
靜態成員之間可以互相訪問,包括靜態成員函數訪問靜態數據成員和訪問靜態成員函數;
非靜態成員函數可以任意地訪問靜態成員函數和靜態數據成員;
靜態成員函數不能訪問非靜態成員函數和非靜態數據成員
由於沒有this指針的額外開銷,因此靜態成員函數與類的全局函數相比,速度上會有少許的增長
調用靜態成員函數,可以用成員訪問操作符(.)和(->)爲一個類的對象或指向類對象的指調用靜態成員函數。

轉載自 Caroline0071。

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