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C++类与static关键字

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到目前为止，我们设计的类中所有的成员变量和成员函数都是属于对象的，如我们在前面定义的 book 类，利用 book 类声明两个对象 Alice 和 Harry，这两个对象均拥有各自的 price 和 title 成员变量，同时还拥有类中所有的成员函数。

除了这种情况以外，我们还有另外一种类型的成员，那就是与 static 结合的成员变量和成员函数。类中的成员变量或成员函数一旦与 static 关键字相结合，则该成员变量或成员函数就是属于类的，而不是再是属于任何一个对象的，当然任何一个对象都可以共享该成员变量及成员函数。

静态成员变量

静态成员变量声明非常简单，只需要将 static 关键字加在成员变量声明的前面即可，如例 1 所示。

【例 1】 
class student
{
public:
    student(){count ++;}
    ~student(){count --;}
private:
    static int count;
    //其它成员变量
};
例中，我们声明了一个静态成员变量 count，并将其设置为 private 属性。设计这个 count 变量主要是为了统计当前存活的 student 类对象的个数，当然这个类并不完善，通过这个例子，我们可以了解静态成员变量的声明语法。

静态成员变量在类内部声明之后还需要进行定义操作。

【例 2】 
class student
{
public:
    student(){count ++;}
    ~student(){count --;}
private:
    static int count;
    //其它成员变量
};
int student::count = 0;
与例 1 相比，这段代码虽然只是增添了一行代码，却是有几处需要我们特别留心。首先静态成员变量的定义必须在任何程序块之外；其次调用该变量的时候可以直接用类名加上域解析符::加上变量名的形式，这是静态成员变量特有的引用方式；在类外部进行定义的时候 static 关键字是不需要的。

在 C++ 语法中规定静态成员变量会被默认初始化为 0，类外定义可有可无。而实际上在一些编译器中，如果不加上类外的定义，会出现一些不可知的情况，故在实际设计程序的时候最好还是将类外定义加上。

静态成员变量不会影响类及其对象的大小，也即 sizeof 结果不会受到影响。在上面的例 2 中，无论我们是否声明 count 这个静态成员变量，sizeof(student) 或者 sizeof(student的对象) 其结果都是不会变的。

静态成员变量属于类而不属于任何一个对象，如此一来可以实现数据共享功能，如例 3 所示。

【例 3】 
#include<iostream>
using namespace std;

class test
{
public:
    static int num;
};
int test::num = 1;

int main()
{
    test one;
    test two;
    test three;
    cout<<test::num<<" "<<one.num<<" "<<two.num<<" "<<three.num<<endl;
    test::num = 5;
    cout<<test::num<<" "<<one.num<<" "<<two.num<<" "<<three.num<<endl;
    one.num = 8;
    cout<<test::num<<" "<<one.num<<" "<<two.num<<" "<<three.num<<endl;
    two.num = 4;
    cout<<test::num<<" "<<one.num<<" "<<two.num<<" "<<three.num<<endl;
    three.num = 2;
    cout<<test::num<<" "<<one.num<<" "<<two.num<<" "<<three.num<<endl;
    return 0;
}
程序运行结果：

1 1 1 1
5 5 5 5
8 8 8 8
4 4 4 4
2 2 2 2

在本例中，为了方便演示 static 成员变量的共享特性，我们将静态成员变量设为 public 属性，如此一来在类外可以方便调用。在类外，我们先将静态成员变量进行定义并初始化为 1。主函数中为 test类定义了三个对象，分别为 one、two 和 three。之后分别用类名和对象名调用该静态成员变量修改其值，并各自调用的结果打印出来。

从程序运行结果可以看出，四种调用静态成员变量的方法，其值都是相等的，如果其中有任何一个修改该静态成员变量，所有其他的调用静态成员变量都会跟着一起改变。这就是静态成员变量的共享特性。

静态成员变量不属于任何对象，但是可以通过对象访问静态成员变量。静态成员变量属于类，因此可以通过类来调用静态成员变量。静态成员变量如果被设置为 private 或 protected 属性，则在类外同样无法访问，但定义该变量的时候却不受此限制，如例 2 所示，虽然静态成员变量 count 为 private 属性，但是它在类外定义的时候不受 private 限制。

静态成员函数

在类内除了能用 static 声明静态成员变量外，同样可以使用 static 声明静态成员函数，静态成员函数只能访问 static 成员变量。

【例 4】 
#include<iostream>
using namespace std;

class test
{
public:
    test(int a, int b){num = a; plus = b;}
    static int getnum(){return num;}
    static int add(){return num+plus;}  //compile error
    void setnum(int a){num = a;}
    void setplus(int a){plus = a;}
private:
    static int num;
    int plus;
};
int test::num = 1;

int main()
{
    test one;
    one.setnum(5);
    cout<<test::getnum()<<endl;
    return 0;
}
我们在构造函数中引用了静态成员变量 num，这是允许的。在 setnum() 函数同样引用了静态成员变量num，这个也是允许的。然而在 add() 函数中，我们不仅引用了静态成员变量 num，同时还访问了非静态成员变量 plus，这是不允许的。静态成员函数只能访问静态成员变量，而不能访问非静态成员变量。普通成员函数（包括构造函数和析构函数）既可以访问普通成员变量，同时又可以访问静态成员变量。

访问静态成员变量和静态成员函数均有两种方式：
  • 普通的成员变量成员函数相同，通过对象来访问；
  • 可以通过类名加上域解析操作符访问。

当然访问过程中仍然要遵循 private、protected 和 public 关键字的访问权限限定。

访问静态成员变量和静态成员函数首选的方法是通过类来访问，毕竟静态成员变量和静态成员函数都是属于类的，与类相关联，而不是属于类的对象。普通成员变量或成员函数不可以通过类来访问。由于静态成员变量和静态成员函数都是属于类，而不是属于对象，因此静态成员函数内部也不存在 this 指针，因为静态成员函数不属于对象。

在静态成员函数内部可以声明静态变量，注意不是静态成员变量。如果在静态成员函数内部声明一个静态变量，则该类的所有对象将共享这个变量。

【例 5】 
#include<iostream>
using namespace std;

class test
{
public:
    static void add(int a);
};

void test::add(int a)
{
    static int num = 0;
    int count = 0;
    num += a;
    count += a;
    cout<<num<<" "<<count<<endl;
}

int main()
{
    test one,two,three;
    one.add(5);
    two.add(4);
    three.add(11);
    return 0;
}
程序运行结果：

5 5
9 4
20 11

我们在类 test 中声明了一个静态成员函数 add()，并且在类外对这个函数进行了定义。注意，在类外定义静态成员函数是不需要 static 关键字的。在 add() 函数内部我们定义了一个静态变量 num，并且初始化为 0。

为了增强对比效果，我们又定义了一个普通的变量 count。在主函数中定义了三个变量，分别调用静态成员函数，最终 num 值打印结果是累加的，而 count 则每次都是从 0 开始的，并不是累加的。通过对比我们很容易看出，static 是被这三个对象同时共享的，三个对象一份数据。
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