C++靜態(tài)成員函數(shù)

與數(shù)據(jù)成員類似，成員函數(shù)也可以定義為靜態(tài)的，在類中聲明函數(shù)的前面加static就成了靜態(tài)成員函數(shù)。如

  static int volume( );

和靜態(tài)數(shù)據(jù)成員一樣，靜態(tài)成員函數(shù)是類的一部分，而不是對象的一部分。

如果要在類外調(diào)用公用的靜態(tài)成員函數(shù)，要用類名和域運算符“::”。如

  Box::volume( );

實際上也允許通過對象名調(diào)用靜態(tài)成員函數(shù)，如

  a.volume( );

但這并不意味著此函數(shù)是屬于對象a的，而只是用a的類型而已。

與靜態(tài)數(shù)據(jù)成員不同，靜態(tài)成員函數(shù)的作用不是為了對象之間的溝通，而是為了能處理靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。

我們知道，當調(diào)用一個對象的成員函數(shù)(非靜態(tài)成員函數(shù))時，系統(tǒng)會把該對象的起始地址賦給成員函數(shù)的this指針。而靜態(tài)成員函數(shù)并不屬于某一對象，它與任何對象都無關(guān)，因此靜態(tài)成員函數(shù)沒有this指針。既然它沒有指向某一對象，就無法對一個對象中的非靜態(tài)成員進行默認訪問（即在引用數(shù)據(jù)成員時不指定對象名）。

可以說，靜態(tài)成員函數(shù)與非靜態(tài)成員函數(shù)的根本區(qū)別是：非靜態(tài)成員函數(shù)有this指針，而靜態(tài)成員函數(shù)沒有this指針。由此決定了靜態(tài)成員函數(shù)不能訪問本類中的非靜態(tài)成員。

靜態(tài)成員函數(shù)可以直接引用本類中的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，因為靜態(tài)成員同樣是屬于類的，可以直接引用。在C++程序中，靜態(tài)成員函數(shù)主要用來訪問靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，而不訪問非靜態(tài)成員。

假如在一個靜態(tài)成員函數(shù)中有以下語句：

  cout<<height<<endl; //若height已聲明為static，則引用本類中的靜態(tài)成員，合法
  cout<<width<<endl; //若width是非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，不合法

但是，并不是絕對不能引用本類中的非靜態(tài)成員，只是不能進行默認訪問，因為無法知道應(yīng)該去找哪個對象。

如果一定要引用本類的非靜態(tài)成員，應(yīng)該加對象名和成員運算符“.”。如

  cout<<a.width<<endl; //引用本類對象a中的非靜態(tài)成員

假設(shè)a已定義為Box類對象，且在當前作用域內(nèi)有效，則此語句合法。

通過下面這個例子可以具體了解有關(guān)引用非靜態(tài)成員的具體方法。

[例] 靜態(tài)成員函數(shù)的應(yīng)用。

#include <iostream>
using namespace std;
class Student          //定義Student類
{
public:
  Student(int n,int a,float s):num(n),age(a),score(s){ }   //定義構(gòu)造函數(shù)
  void total( );
  static float average( );   //聲明靜態(tài)成員函數(shù)
private:
  int num;
  int age;
  float score;
  static float sum;      //靜態(tài)數(shù)據(jù)成員
  static int count;      //靜態(tài)數(shù)據(jù)成員
};
void Student::total( )           //定義非靜態(tài)成員函數(shù)
{
  sum+=score;              //累加總分
  count++;                //累計已統(tǒng)計的人數(shù)
}
float Student::average( )         //定義靜態(tài)成員函數(shù)
{
  return(sum/count);
}
float Student::sum=0;           //對靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化
int Student::count=0;           //對靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化
int main( )
{
  Student stud[3]={           //定義對象數(shù)組并初始化
   Student(1001,18,70),
   Student(1002,19,78),
   Student(1005,20,98)
  };
  int n;
  cout<<"please input the number of students:";
  cin>>n;                //輸入需要求前面多少名學(xué)生的平均成績
  for(int i=0;i<n;i++)         //調(diào)用3次total函數(shù)
   stud[i].total( );
  cout<<"the average score of "<<n<<" students is "<<Student::average( )<<endl;
  //調(diào)用靜態(tài)成員函數(shù)
  return 0;
}

運行結(jié)果為：

please input the number of students:3↙
the average score of 3 students is 82.3333

關(guān)于靜態(tài)成員函數(shù)成員的幾點說明：
在主函數(shù)中定義了stud對象數(shù)組，為了使程序簡練，只定義它含3個元素，分別存放3個學(xué)生的數(shù)據(jù)。程序的作用是先求用戶指定的n名學(xué)生的總分，然后求平均成績(n由用戶輸入)。
在Student類中定義了兩個靜態(tài)數(shù)據(jù)成員sum(總分)和count(累計需要統(tǒng)計的學(xué)生人數(shù))， 這是由于這兩個數(shù)據(jù)成員的值是需要進行累加的，它們并不是只屬于某一個對象元素，而是由各對象元素共享的，可以看出： 它們的值是在不斷變化的，而且無論對哪個對象元素而言，都是相同的，而且始終不釋放內(nèi)存空間。
total是公有的成員函數(shù)，其作用是將一個學(xué)生的成績累加到sum中。公有的成員函數(shù)可以引用本對象中的一般數(shù)據(jù)成員(非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員)，也可以引用類中的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。score是非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，sum和count是靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。
average是靜態(tài)成員函數(shù)，它可以直接引用私有的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員(不必加類名或?qū)ο竺?， 函數(shù)返回成績的平均值。
在main函數(shù)中，引用total函數(shù)要加對象名(今用對象數(shù)組元素名)， 引用靜態(tài)成員函數(shù)average函數(shù)要用類名或?qū)ο竺?br /> 請思考，如果不將average函數(shù)定義為靜態(tài)成員函數(shù)行不行？程序能否通過編譯？需要作什么修改？為什么要用靜態(tài)成員函數(shù)？請分析其理由。

C++ static靜態(tài)成員變量和靜態(tài)成員函數(shù)
一般情況下，如果有N個同類的對象，那么每一個對象都分別有自己的成員變量，不同對象的成員變量各自有值，互不相干。但是有時我們希望有某一個或幾個成員變量為所有對象共有，這樣可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

可以使用全局變量來達到共享數(shù)據(jù)的目的。例如在一個程序文件中有多個函數(shù)，每一個函數(shù)都可以改變?nèi)肿兞康闹?，全局變量的值為各函?shù)共享。但是用全局變量的安全性得不到保證，由于在各處都可以自由地修改全局變量的值，很有可能偶然失誤，全局變量的值就被修改，導(dǎo)致程序的失敗。因此在實際開發(fā)中很少使用全局變量。

如果想在同類的多個對象之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，也不要用全局變量，那么可以使用靜態(tài)成員變量。
static靜態(tài)成員變量

靜態(tài)成員變量是一種特殊的成員變量，它以關(guān)鍵字 static 開頭。例如：

class Student{
private:
  char *name;
  int age;
  float score;
  static int num; //將num定義為靜態(tài)成員變量
public:
  Student(char *, int, float);
  void say();
};

這段代碼聲明了一個靜態(tài)成員變量 num，用來統(tǒng)計學(xué)生的人數(shù)。

static 成員變量屬于類，不屬于某個具體的對象，這就意味著，即使創(chuàng)建多個對象，也只為 num 分配一份內(nèi)存，所有對象使用的都是這份內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。當某個對象修改了 num，也會影響到其他對象。

static 成員變量必須先初始化才能使用，否則鏈接錯誤。例如：

int Student::num; //初始化

也可以在初始化時賦初值：

int Student::num = 10; //初始化同時賦值

初始化時可以不加 static，但必須要有數(shù)據(jù)類型。被 private、protected、public 修飾的 static 成員變量都可以用這種方式初始化。

注意：static 成員變量的內(nèi)存空間既不是在聲明類時分配，也不是在創(chuàng)建對象時分配，而是在初始化時分配。

static 成員變量既可以通過對象來訪問，也可以通過類來訪問。通過類來訪問的形式為：

類名::成員變量;

例如：

//通過類來訪問
Student::num = 10;
//通過對象來訪問
Student stu;
stu.num = 10;

這兩種方式是等效的。

注意：static 成員變量與對象無關(guān)，不占用對象的內(nèi)存，而是在所有對象之外開辟內(nèi)存，即使不創(chuàng)建對象也可以訪問。

下面來看一個完整的例子：

#include <iostream>
using namespace std;
class Student{
private:
  char *name;
  int age;
  float score;
  static int num; //將num定義為靜態(tài)成員變量
public:
  Student(char *, int, float);
  void say();
};
int Student::num = 0; //初始化靜態(tài)成員變量
Student::Student(char *name, int age, float score){
  this->name = name;
  this->age = age;
  this->score = score;
  num++;
}
void Student::say(){
  //在普通成員函數(shù)中可以訪問靜態(tài)成員變量
  cout<<name<<"的年齡是 "<<age<<"，成績是 "<<score<<"（當前共"<<num<<"名學(xué)生）"<<endl;
}
int main(){
  //使用匿名對象
  (new Student("小明", 15, 90))->say();
  (new Student("李磊", 16, 80))->say();
  (new Student("張華", 16, 99))->say();
  (new Student("王康", 14, 60))->say();
  return 0;
}

運行結(jié)果：

小明的年齡是 15，成績是 90（當前共1名學(xué)生）
李磊的年齡是 16，成績是 80（當前共2名學(xué)生）
張華的年齡是 16，成績是 99（當前共3名學(xué)生）
王康的年齡是 14，成績是 60（當前共4名學(xué)生）

本例中將 num 聲明為靜態(tài)成員變量，每次創(chuàng)建對象時，會調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，將 num 的值加 1。之所以使用匿名對象，是因為每次創(chuàng)建對象后只會使用它的 say 函數(shù)，不再進行其他操作。不過請注意，使用匿名對象有內(nèi)存泄露的風(fēng)險。

關(guān)于靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的幾點說明：
1) 一個類中可以有一個或多個靜態(tài)成員變量，所有的對象都共享這些靜態(tài)成員變量，都可以引用它。

2) static 成員變量和普通 static 變量一樣，編譯時在靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)分配內(nèi)存，到程序結(jié)束時才釋放。這就意味著，static 成員變量不隨對象的創(chuàng)建而分配內(nèi)存，也不隨對象的銷毀而釋放內(nèi)存。而普通成員變量在對象創(chuàng)建時分配內(nèi)存，在對象銷毀時釋放內(nèi)存。

3) 靜態(tài)成員變量必須初始化，而且只能在類體外進行。例如：

int Student::num = 10;

初始化時可以賦初值，也可以不賦值。如果不賦值，那么會被默認初始化，一般是 0。靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)的變量都有默認的初始值，而動態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)（堆區(qū)、棧區(qū)）的變量默認是垃圾值。

4) 靜態(tài)成員變量既可以通過對象名訪問，也可以通過類名訪問，但要遵循 private、protected 和 public 關(guān)鍵字的訪問權(quán)限限制。當通過對象名訪問時，對于不同的對象，訪問的是同一份內(nèi)存。
static靜態(tài)成員函數(shù)

在類中，static 除了聲明靜態(tài)成員變量，還可以聲明靜態(tài)成員函數(shù)。普通成員函數(shù)可以訪問所有成員變量，而靜態(tài)成員函數(shù)只能訪問靜態(tài)成員變量。

我們知道，當調(diào)用一個對象的成員函數(shù)（非靜態(tài)成員函數(shù)）時，系統(tǒng)會把當前對象的起始地址賦給 this 指針。而靜態(tài)成員函數(shù)并不屬于某一對象，它與任何對象都無關(guān)，因此靜態(tài)成員函數(shù)沒有 this 指針。既然它沒有指向某一對象，就無法對該對象中的非靜態(tài)成員進行訪問。

可以說，靜態(tài)成員函數(shù)與非靜態(tài)成員函數(shù)的根本區(qū)別是：非靜態(tài)成員函數(shù)有 this 指針，而靜態(tài)成員函數(shù)沒有 this 指針。由此決定了靜態(tài)成員函數(shù)不能訪問本類中的非靜態(tài)成員。

靜態(tài)成員函數(shù)可以直接引用本類中的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，因為靜態(tài)成員同樣是屬于類的，可以直接引用。在C++程序中，靜態(tài)成員函數(shù)主要用來訪問靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，而不訪問非靜態(tài)成員。

如果要在類外調(diào)用 public 屬性的靜態(tài)成員函數(shù)，要用類名和域解析符“::”。如：

Student::getNum();

當然也可以通過對象名調(diào)用靜態(tài)成員函數(shù)，如：

stu.getNum();

下面是一個完整的例子，通過靜態(tài)成員函數(shù)獲得學(xué)生的平均成績：

#include <iostream>
using namespace std;
class Student{
private:
  char *name;
  int age;
  float score;
  static int num; //學(xué)生人數(shù)
  static float total; //總分
public:
  Student(char *, int, float);
  void say();
  static float getAverage(); //靜態(tài)成員函數(shù)，用來獲得平均成績
};
int Student::num = 0;
float Student::total = 0;
Student::Student(char *name, int age, float score){
  this->name = name;
  this->age = age;
  this->score = score;
  num++;
  total += score;
}
void Student::say(){
  cout<<name<<"的年齡是 "<<age<<"，成績是 "<<score<<"（當前共"<<num<<"名學(xué)生）"<<endl;
}
float Student::getAverage(){
  return total / num;
}
int main(){
  (new Student("小明", 15, 90))->say();
  (new Student("李磊", 16, 80))->say();
  (new Student("張華", 16, 99))->say();
  (new Student("王康", 14, 60))->say();
  cout<<"平均成績?yōu)?"<<Student::getAverage()<<endl;
  
  return 0;
}

運行結(jié)果：

小明的年齡是 15，成績是 90（當前共1名學(xué)生）
李磊的年齡是 16，成績是 80（當前共2名學(xué)生）
張華的年齡是 16，成績是 99（當前共3名學(xué)生）
王康的年齡是 14，成績是 60（當前共4名學(xué)生）
平均成績?yōu)?82.25

上面的代碼中，將 num、total 聲明為靜態(tài)成員變量，將 getAverage 聲明為靜態(tài)成員函數(shù)。在 getAverage 函數(shù)中，只使用了 total、num 兩個靜態(tài)成員變量。

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