C++簡(jiǎn)明圖解分析靜態(tài)成員與單例設(shè)計(jì)模式

更新時(shí)間：2022年06月02日 09:57:49 作者：Bright-SKY

與靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不同，靜態(tài)成員函數(shù)的作用不是為了對(duì)象之間的溝通，而是為了能處理靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，靜態(tài)成員函數(shù)沒有this指針。既然它沒有指向某一對(duì)象，也就無法對(duì)一個(gè)對(duì)象中的非靜態(tài)成員進(jìn)行默認(rèn)訪問

靜態(tài)成員概述

1、靜態(tài)成員包括靜態(tài)成員數(shù)據(jù)、靜態(tài)成員函數(shù)

2、成員數(shù)據(jù)、成員函數(shù)被 static修飾就叫靜態(tài)成員數(shù)據(jù)、靜態(tài)成員函數(shù)

3、不管這個(gè)類創(chuàng)建了多少個(gè)對(duì)象，靜態(tài)成員只有一份，這一份被所有屬于這個(gè)類的對(duì)象共享。

4、靜態(tài)成員是屬于類而不是具體的某個(gè)對(duì)象。

5、靜態(tài)成員是在定義完類的時(shí)候就存在了。

靜態(tài)成員數(shù)據(jù)

靜態(tài)變量，是在編譯階段就分配空間，對(duì)象還沒有創(chuàng)建時(shí)，就已經(jīng)分配空間。

靜態(tài)成員變量必須在類中聲明，在類外定義。

靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不屬于某個(gè)對(duì)象，在為對(duì)象分配空間中不包括靜態(tài)成員所占空間。

class Data
{
public:
    int num;//普通成員變量
    static int data;//靜態(tài)成員變量(類內(nèi)聲明)
};
//定義的時(shí)候 不需要加static
int Data::data=100;//類外定義+初始化
void test01()
{
    //data是靜態(tài)成員變量 是屬于類 可以通過類名稱::直接訪問
    cout<<Data::data<<endl;//100
    //賦值
    Data::data = 200;
    cout<<Data::data<<endl;//200
    //data靜態(tài)變量 是所有對(duì)象 共享的 可以通過對(duì)象名訪問
    Data ob1;
    ob1.data = 300;
    cout<<Data::data<<endl;//300
    Data ob2;
    cout<<ob2.data<<endl;//300
    //普通成員變量 屬于對(duì)象的 只能通過對(duì)象名訪問
    ob1.num = 100;
    cout<<"ob2.num = "<<ob2.num<<endl;//隨機(jī)值
    //cout<<Data::num<<endl;//普通成員變量不能通過類名稱訪問
}

static修飾靜態(tài)成員函數(shù)

靜態(tài)成員函數(shù)：只能訪問私有靜態(tài)數(shù)據(jù)

引出：

class Data
{
private:
    int num;//普通成員變量
    static int data;//靜態(tài)成員變量(類內(nèi)聲明)
public:
    //普通成員函數(shù) 依賴于 對(duì)象的 必須對(duì)象調(diào)用
    int getData(void)
    {
        return data;
    }
};
//定義的時(shí)候 不需要加static
int Data::data=100;//類外定義+初始化
void test01()
{
    //cout<<Data::data<<endl;//err 靜態(tài)data是私有的 類外不能直接訪問
    //cout<< Data::getData()<<endl;//err getData() 必須對(duì)象調(diào)用
    Data ob;
    cout<<ob.getData()<<endl;
    //存在問題：data靜態(tài)的 在創(chuàng)建對(duì)象之前 就已經(jīng)存在
    //如果類沒有實(shí)例化對(duì)象 難道 就不能使用data了嗎？ 
    //解決上述問題 就要用到靜態(tài)成員函數(shù)
}

靜態(tài)成員函數(shù)：

class Data
{
private:
    int num;//普通成員變量
    static int data;//靜態(tài)成員變量(類內(nèi)聲明)
public:
    //普通成員函數(shù) 依賴于 對(duì)象的 必須對(duì)象調(diào)用
    int getData(void)
    {
        return data;
    }
    //靜態(tài)成員函數(shù)  屬于類 而不屬于對(duì)象
    static int getDataStatic(void)
    {
        return data;
    }
};
//定義的時(shí)候 不需要加static
int Data::data=100;//類外定義+初始化
void test01()
{
    //cout<<Data::data<<endl;//err 靜態(tài)data是私有的 類外不能直接訪問
    //cout<< Data::getData()<<endl;//err getData() 必須對(duì)象調(diào)用
    Data ob;
    cout<<ob.getData()<<endl;
    //存在問題：data靜態(tài)的 在創(chuàng)建對(duì)象之前 就已經(jīng)存在
    //如果類沒有實(shí)例化對(duì)象 難道 就不能使用data了嗎？
    //解決上述問題 就要用到靜態(tài)成員函數(shù)
    //1、靜態(tài)成員函數(shù) 屬于類 就可以通過類名稱直接訪問
    cout<<Data::getDataStatic()<<endl;
    //2、也可以通過對(duì)象名訪問（對(duì)象共享靜態(tài)成員函數(shù)）
    cout<<ob.getDataStatic()<<endl;
}

注意：

1、靜態(tài)成員函數(shù)的目的操作靜態(tài)成員數(shù)據(jù)。

2、靜態(tài)成員函數(shù) 不能訪問非靜態(tài)成員數(shù)據(jù)。（靜態(tài)成員函數(shù)內(nèi)部沒有this指針）

3、普通成員函數(shù) 可以操作靜態(tài)成員數(shù)據(jù) 非靜態(tài)成員數(shù)據(jù)。

4、靜態(tài)成員變量和靜態(tài)成員函數(shù) 都有權(quán)限之分。

const修飾靜態(tài)成員

如果一個(gè)類的成員，既要實(shí)現(xiàn)共享，又要實(shí)現(xiàn)不可改變，那就用 static const 修飾

class Data
{
public:
    const static int data;//靜態(tài)成員變量(類內(nèi)聲明)
public:
    //靜態(tài)成員函數(shù)  屬于類 而不屬于對(duì)象
    static int getDataStatic(void)
    {
        //num = 200;//err 靜態(tài)成員函數(shù) 不能訪問普通成員變量
        return data;
    }
};
//定義的時(shí)候 不需要加static
const int Data::data=100;//類外定義+初始化
void test02()
{
    //訪問
    cout<<Data::data<<endl;
    //賦值
    //Data::data = 200;//err data靜態(tài)成員只讀
    cout<<Data::data<<endl;
}

const修飾對(duì)象叫常對(duì)象

const int num = 10;//系統(tǒng)不會(huì)給num開辟空間 num被放入符號(hào)表中如果后期對(duì)&num 這時(shí)系統(tǒng)才會(huì)給num開辟空間

class Data
{
private:
    int data;
    mutable int num;
public:
    //遍歷 成員的函數(shù) 不會(huì)去修改成員的值
    //如果函數(shù)不會(huì)更改成員數(shù)據(jù) 就讓編譯器知道 這是一個(gè)const函數(shù)
    void myPrintData(void) const
    {
        //data =10000;//err const修飾函數(shù) 函數(shù)不能操作普通成員變量
        cout<<this->data<<endl;
        //cout<<data<<endl;
        //mutable修飾的成員變量 可以修改
        num = 200;
    }
    //編譯器認(rèn)為 普通成員函數(shù) 存在修改成員變量 可能
    void setData(int data) const
    {
        //this->data = data;
        return;
    }
    Data()
    {
        cout<<"無參構(gòu)造"<<endl;
    }
    Data(int data)
    {
        this->data =data;
        cout<<"有參構(gòu)造"<<endl;
    }
    Data(const Data &ob)
    {
        this->data = ob.data;
        cout<<"拷貝構(gòu)造"<<endl;
    }
    ~Data()
    {
        cout<<"析構(gòu)函數(shù)"<<endl;
    }
};
void test03()
{
    //常對(duì)象
    const Data ob1(200);
    //常對(duì)象 只能調(diào)用const修飾的函數(shù) 遍歷成員數(shù)據(jù)
    ob1.setData(20000);
    ob1.myPrintData();
}

運(yùn)行結(jié)果：

const修飾成員函數(shù)

用const修飾的成員函數(shù)時(shí)，const修飾this指針指向的內(nèi)存區(qū)域，成員函數(shù)體內(nèi)不可以修改本類中的任何普通成員變量，當(dāng)成員變量類型符前用mutable修飾時(shí)例外。

int myFun(void) const //const修飾的是成員函數(shù)
{}//函數(shù)內(nèi)部不能修改 普通成員變量  mutable修飾時(shí)例外

class Data2
{
public:
    int a;
    mutable int b;
public:
    Data2(int a, int b):a(a),b(b)
    {
//        this->a = a;
//        this->b = b;
    }
    //const修飾的是整個(gè)成員函數(shù) 表明在函數(shù)內(nèi)部只能對(duì)數(shù)據(jù)成員 讀操作
    void showData2(void) const
    {
        //a=100;//err
        //如果在const修飾的成員函數(shù)中 修改成員數(shù)據(jù)的值 請(qǐng)事先對(duì)成員數(shù)據(jù)進(jìn)行mutable修飾
        b = 200;//ok
        cout<<"a="<<a<<", b="<<b<<endl;
    }
};
void test02()
{
    Data2 ob(10,20);
    ob.showData2();
}

靜態(tài)成員案例

案例1：靜態(tài)成員統(tǒng)計(jì)類實(shí)例化對(duì)象的個(gè)數(shù)

#include <iostream>
using namespace std;
class Data
{
public:
    Data()
    {
        cout<<"無參構(gòu)造"<<endl;
        count++;
    }
    Data(const Data &ob)
    {
        cout<<"拷貝構(gòu)造函數(shù)"<<endl;
        count++;
    }
    ~Data()
    {
        count--;
        cout<<"析構(gòu)函數(shù)"<<endl;
    }
    static int count;
};
int Data::count = 0;
int main(int argc, char *argv[])
{
    Data ob1;
    Data ob2;
    {
        Data ob3;
        Data ob4;
        cout<<"對(duì)象的個(gè)數(shù):"<<Data::count<<endl;
    }
    cout<<"對(duì)象的個(gè)數(shù):"<<Data::count<<endl;
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

單例模式

單例模式所設(shè)計(jì)的類只能實(shí)例化一個(gè)對(duì)象。

單例模式的步驟：

1、不允許Printer實(shí)例對(duì)象(把構(gòu)造、拷貝構(gòu)造函數(shù)私有化）

2、定義一個(gè)靜態(tài)對(duì)象指針保存唯一的對(duì)象地址

3、定義一個(gè)靜態(tài) 成員函數(shù) 拿到唯一的對(duì)象的地址方便外界使用

案例：

單例模式設(shè)計(jì)--打印機(jī)（重要）

步驟1：在單例類內(nèi)部定義了一個(gè)Singleton類型的靜態(tài)對(duì)象，作為外部共享的唯一實(shí)例

步驟2：提供一個(gè)公共靜態(tài)的方法，讓客戶可以訪問它的唯一實(shí)例。

步驟3：為了防止在外部對(duì)實(shí)例化其他對(duì)象，將其默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)和拷貝構(gòu)造函數(shù)設(shè)計(jì)為私有

#include <iostream>
using namespace std;
class Printer
{
public:
    //2、提供一個(gè)方法 獲得單例指針
    static Printer* getSignlePrint(void)
    {
        return signlePrint;
    }
    //4、設(shè)置功能函數(shù)(自定義)
    void printText(char *str)
    {
        cout<<"打印"<<str<<endl;
        count++;
    }
    int count;
private:
    //1、定義一個(gè)靜態(tài)的 對(duì)象指針變量 保存唯一實(shí)例地址
    static Printer *signlePrint;
private:
    //3、防止 該類實(shí)例化其他對(duì)象 將構(gòu)造函數(shù)全部 私有
    Printer(){count=0;}
    Printer(const Printer &ob){}
};
Printer *Printer::signlePrint = new Printer;
int main(int argc, char *argv[])
{
    //打印任務(wù)1
    Printer *p1 = Printer::getSignlePrint();
    p1->printText("入職報(bào)告1");
    p1->printText("體檢報(bào)告2");
    p1->printText("離職證明3");
    //打印任務(wù)2
    Printer *p2 = Printer::getSignlePrint();
    p2->printText("入職報(bào)告1");
    p2->printText("體檢報(bào)告2");
    p2->printText("離職證明3");
    cout<<"打印任務(wù)數(shù)量:"<<p2->count<<endl;
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：