苏木

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这部分来了解一下c++中的静态成员变量和函数。

对象的内存中包含了成员变量，不同的对象占用不同的内存，这使得不同对象的成员变量相互独立，它们的值不受其他对象的影响。例如有两个相同类型的对象 a、b，它们都有一个成员变量 m_name，那么修改 a.m_name 的值不会影响 b.m_name 的值。

可是有时候我们希望在多个对象之间共享数据，对象 a 改变了某份数据后对象 b 可以检测到。共享数据的典型使用场景是计数，以前面的 student_t 类为例，如果我们想知道班级中共有多少名学生，就可以设置一份共享的变量，每次创建对象时让该变量加 1。

一、静态成员变量 ​

1. 怎么定义？ ​

我们可以使用静态成员变量来实现多个对象共享数据的目标。静态成员变量是一种特殊的成员变量，它被关键字static修饰，如：

cpp
class student_t {
  public:
    static int m_total;  //静态成员变量
  private:
    char *m_name;
    int   m_age;
    float m_score;
  public:
    student_t (char *name, int age, float score);
    void show();
};

这段代码声明了一个静态成员变量 m_total，用来统计学生的人数。static 成员变量属于类，不属于某个具体的对象，即使创建多个对象，也只为 m_total 分配一份内存，所有对象使用的都是这份内存中的数据。当某个对象修改了 m_total，也会影响到其他对象。

2. 怎么初始化？ ​

static 成员变量必须在类声明的外部初始化，具体形式为：

cpp
type class::name = value;

type 是变量的类型，class 是类名，name 是变量名，value 是初始值。将上面的 m_total 初始化：

cpp
int student_t::m_total = 0;

静态成员变量在初始化时不能再加 static，但必须要有数据类型。被 private、protected、public 修饰的静态成员变量都可以用这种方式初始化。

Tips：

static 成员变量的内存既不是在声明类时分配，也不是在创建对象时分配，而是在（类外）初始化时分配。反过来说，没有在类外初始化的 static 成员变量不能使用。

3. 怎么访问？ ​

static 成员变量既可以通过对象来访问，也可以通过类来访问。例如：

cpp
//通过类类访问 static 成员变量
student_t::m_total = 10;
//通过对象来访问 static 成员变量
student_t stu("小明", 15, 92.5f);
stu.m_total = 20;
//通过对象指针来访问 static 成员变量
student_t *pstu = new student_t("李华", 16, 96);
pstu->m_total = 20;

这三种方式是等效的。注意：static 成员变量不占用对象的内存，而是在所有对象之外开辟内存，即使不创建对象也可以访问。具体来说，static 成员变量和普通的 static 变量类似，都在内存分区中的全局数据区分配内存。

4. 一个完整的demo ​

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

class student_t {
  private:
    static int m_total; // 静态成员变量
  private:
    const char *m_name;
    int   m_age;
    float m_score;
  public:
    student_t(const char *name, int age, float score);
    void show();
};

// 初始化静态成员变量
int student_t::m_total = 0;

student_t::student_t(const char *name, int age, float score) : m_name(name), m_age(age), m_score(score)
{
    m_total++; // 操作静态成员变量
}
void student_t::show()
{
    cout << m_name << "的年龄是" << m_age << "，成绩是" << m_score << "（当前共有" << m_total << "名学生）" << endl;
}

int main()
{
    // 创建匿名对象
    (new student_t("小明", 15, 90))->show();
    (new student_t("李磊", 16, 80))->show();
    (new student_t("张华", 16, 99))->show();
    (new student_t("王康", 14, 60))->show();

    return 0;
}

编译运行会得到以下输出信息：

bash
小明的年龄是15，成绩是90（当前共有1名学生）
李磊的年龄是16，成绩是80（当前共有2名学生）
张华的年龄是16，成绩是99（当前共有3名学生）
王康的年龄是14，成绩是60（当前共有4名学生）

m_total 声明为静态成员变量，每次创建对象时，会调用构造函数使 m_total 的值加 1。匿名函数后面再学习，现在知道它的声明周期只在当前行就行了。这里也可以演示，即便是这个对象被销毁了，类的静态成员变量的值依然在累加。

5. 总结 ​

（1）一个类中可以有一个或多个静态成员变量，所有的对象都共享这些静态成员变量，都可以引用它。

（2）static 成员变量和普通 static 变量一样，都在内存分区中的全局数据区分配内存，到程序结束时才释放。这就意味着，static 成员变量不随对象的创建而分配内存，也不随对象的销毁而释放内存。而普通成员变量在对象创建时分配内存，在对象销毁时释放内存。

（3）静态成员变量必须初始化，而且只能在类体外进行。初始化时可以赋初值，也可以不赋值。如果不赋值，那么会被默认初始化为 0。全局数据区的变量都有默认的初始值 0，而动态数据区（堆区、栈区）变量的默认值是不确定的，一般认为是垃圾值。

（4）静态成员变量既可以通过对象名访问，也可以通过类名访问，但要遵循 private、protected 和 public 关键字的访问权限限制。当通过对象名访问时，对于不同的对象，访问的是同一份内存。

二、静态成员函数 ​

1. 它有什么特点？ ​

在类中，static 除了可以声明静态成员变量，还可以声明静态成员函数。普通成员函数可以访问所有成员（包括成员变量和成员函数），静态成员函数只能访问静态成员。

编译器在编译一个普通成员函数时，会隐式地增加一个形参 this，并把当前对象的地址赋值给 this，所以普通成员函数只能在创建对象后通过对象来调用，因为它需要当前对象的地址。而静态成员函数可以通过类来直接调用，编译器不会为它增加形参 this，它不需要当前对象的地址，所以不管有没有创建对象，都可以调用静态成员函数。

普通成员变量占用对象的内存，静态成员函数没有 this 指针，不知道指向哪个对象，无法访问对象的成员变量，也就是说静态成员函数不能访问普通成员变量，只能访问静态成员变量。普通成员函数必须通过对象才能调用，而静态成员函数没有 this 指针，无法在函数体内部访问某个对象，所以不能调用普通成员函数，只能调用静态成员函数。

静态成员函数与普通成员函数的根本区别在于：普通成员函数有 this 指针，可以访问类中的任意成员；而静态成员函数没有 this 指针，只能访问静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）。

2. 怎么定义 ​

和静态成员变量类似，静态成员函数在声明时要加 static，在定义时不能加 static。我们在类中进行声明：

cpp
class student_t {
  private:
    static int   m_total;  // 静态成员变量
    static float m_points; // 总成绩
  private:
    const char *m_name;
    int         m_age;
    float       m_score;

  public:
    student_t(const char *name, int age, float score);
    void show();

  public:
    static int   getTotal();
    static float getPoints();
};

在类外进行定义：

cpp
// 定义静态成员函数
int student_t::getTotal()
{
    return m_total;
}
float student_t::getPoints()
{
    return m_points;
}

3. 怎么调用 ​

cpp
// 通过类名
int   total = student_t::getTotal();
float points = student_t::getPoints();

// 通过对象
student_t stu("sumu", 18, 99);
int obj_total = stu.getTotal();
float obj_points = stu.getPoints();

4. 一个demo ​

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

class student_t {
  private:
    static int   m_total;  // 静态成员变量
    static float m_points; // 总成绩
  private:
    const char *m_name;
    int         m_age;
    float       m_score;

  public:
    student_t(const char *name, int age, float score);
    void show();

  public:
    static int   getTotal();
    static float getPoints();
};

// 初始化静态成员变量
int   student_t::m_total = 0;
float student_t::m_points = 0.0;

student_t::student_t(const char *name, int age, float score) : m_name(name), m_age(age), m_score(score)
{
    m_total++; // 操作静态成员变量
    m_points += score;
}
void student_t::show()
{
    cout << m_name << "的年龄是" << m_age << "，成绩是" << m_score << "（当前共有" << m_total << "名学生）" << endl;
}

// 定义静态成员函数
int student_t::getTotal()
{
    return m_total;
}
float student_t::getPoints()
{
    return m_points;
}

int main()
{
    // 创建匿名对象
    (new student_t("小明", 15, 90))->show();
    (new student_t("李磊", 16, 80))->show();
    (new student_t("张华", 16, 99))->show();
    (new student_t("王康", 14, 60))->show();

    int   total = student_t::getTotal();
    float points = student_t::getPoints();
    cout << "当前共有" << total << "名学生，总成绩是" << points << "，平均分是" << points / total << endl;

    student_t stu("sumu", 18, 99);
    int       obj_total = stu.getTotal();
    float     obj_points = stu.getPoints();
    cout << "当前共有" << obj_total << "名学生，总成绩是" << obj_points << "，平均分是" << obj_points / obj_total
         << endl;

    return 0;
}

总人数 m_total 和总成绩 m_points 由各个对象累加得到，必须声明为 static 才能共享；getTotal()、getPoints() 分别用来获取总人数和总成绩，为了访问 static 成员变量，我们将这两个函数也声明为 static。

在C++中，静态成员函数的主要目的是访问静态成员。getTotal()、getPoints() 当然也可以声明为普通成员函数，但是它们都只对静态成员进行操作，加上 static 语义更加明确。

和静态成员变量类似，静态成员函数在声明时要加 static，在定义时不能加 static。静态成员函数可以通过类来调用（一般都是这样做），也可以通过对象来调用。

莫道桑榆晚 为霞尚满天.

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