C++靜態(tài)成員函數(shù)

與數(shù)據(jù)成員類(lèi)似，成員函數(shù)也可以定義為靜態(tài)的，在類(lèi)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(lèi)的一部分，而不是對(duì)象的一部分。

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

  Box::volume( );

實(shí)際上也允許通過(guò)對(duì)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(duì)象a的，而只是用a的類(lèi)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(duì)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(dāng)調(diào)用一個(gè)對(duì)象的成員函數(shù)(非靜態(tài)成員函數(shù))時(shí)，系統(tǒng)會(huì)把該對(duì)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(duì)象，它與任何對(duì)象都無(wú)關(guān)，因此靜態(tài)成員函數(shù)沒(méi)有this指針。既然它沒(méi)有指向某一對(duì)象，就無(wú)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(wèn)（即在引用數(shù)據(jù)成員時(shí)不指定對(duì)象名）。

可以說(shuō)，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(méi)有this指針。由此決定了靜態(tài)成員函數(shù)不能訪問(wèn)本類(lèi)中的非靜態(tài)成員。

靜態(tài)成員函數(shù)可以直接引用本類(lèi)中的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，因?yàn)殪o態(tài)成員同樣是屬于類(lèi)的，可以直接引用。在C++程序中，靜態(tài)成員函數(shù)主要用來(lái)訪問(wèn)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，而不訪問(wèn)非靜態(tài)成員。

假如在一個(gè)靜態(tài)成員函數(shù)中有以下語(yǔ)句：

  cout<<height<<endl; //若height已聲明為static，則引用本類(lèi)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(duì)不能引用本類(lèi)中的非靜態(tài)成員，只是不能進(jìn)行默認(rèn)訪問(wèn)，因?yàn)闊o(wú)法知道應(yīng)該去找哪個(gè)對(duì)象。

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

  cout<<a.width<<endl; //引用本類(lèi)對(duì)象a中的非靜態(tài)成員

假設(shè)a已定義為Box類(lèi)對(duì)象，且在當(dāng)前作用域內(nèi)有效，則此語(yǔ)句合法。

通過(guò)下面這個(gè)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(lèi)
{
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(jì)已統(tǒng)計(jì)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(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化
int Student::count=0;           //對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化
int main( )
{
  Student stud[3]={           //定義對(duì)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(jī)
  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(yùn)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(diǎn)說(shuō)明：
在主函數(shù)中定義了stud對(duì)象數(shù)組，為了使程序簡(jiǎn)練，只定義它含3個(gè)元素，分別存放3個(gè)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(jī)(n由用戶輸入)。
在Student類(lèi)中定義了兩個(gè)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員sum(總分)和count(累計(jì)需要統(tǒng)計(jì)的學(xué)生人數(shù))， 這是由于這兩個(gè)數(shù)據(jù)成員的值是需要進(jìn)行累加的，它們并不是只屬于某一個(gè)對(duì)象元素，而是由各對(duì)象元素共享的，可以看出： 它們的值是在不斷變化的，而且無(wú)論對(duì)哪個(gè)對(duì)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(gè)學(xué)生的成績(jī)累加到sum中。公有的成員函數(shù)可以引用本對(duì)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(lèi)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(lèi)名或?qū)ο竺?， 函數(shù)返回成績(jī)的平均值。
在main函數(shù)中，引用total函數(shù)要加對(duì)象名(今用對(duì)象數(shù)組元素名)， 引用靜態(tài)成員函數(shù)average函數(shù)要用類(lèi)名或?qū)ο竺?br /> 請(qǐng)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(guò)編譯？需要作什么修改？為什么要用靜態(tài)成員函數(shù)？請(qǐng)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(gè)同類(lèi)的對(duì)象，那么每一個(gè)對(duì)象都分別有自己的成員變量，不同對(duì)象的成員變量各自有值，互不相干。但是有時(shí)我們希望有某一個(gè)或幾個(gè)成員變量為所有對(duì)象共有，這樣可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

可以使用全局變量來(lái)達(dá)到共享數(shù)據(jù)的目的。例如在一個(gè)程序文件中有多個(gè)函數(shù)，每一個(gè)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(shí)際開(kāi)發(fā)中很少使用全局變量。

如果想在同類(lèi)的多個(gè)對(duì)象之間實(shí)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(kāi)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(gè)靜態(tài)成員變量 num，用來(lái)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的人數(shù)。

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

static 成員變量必須先初始化才能使用，否則鏈接錯(cuò)誤。例如：

int Student::num; //初始化

也可以在初始化時(shí)賦初值：

int Student::num = 10; //初始化同時(shí)賦值

初始化時(shí)可以不加 static，但必須要有數(shù)據(jù)類(lèi)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(lèi)時(shí)分配，也不是在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)分配，而是在初始化時(shí)分配。

static 成員變量既可以通過(guò)對(duì)象來(lái)訪問(wèn)，也可以通過(guò)類(lèi)來(lái)訪問(wèn)。通過(guò)類(lèi)來(lái)訪問(wèn)的形式為：

類(lèi)名::成員變量;

例如：

//通過(guò)類(lèi)來(lái)訪問(wèn)
Student::num = 10;
//通過(guò)對(duì)象來(lái)訪問(wèn)
Student stu;
stu.num = 10;

這兩種方式是等效的。

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

下面來(lái)看一個(gè)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(wèn)靜態(tài)成員變量
  cout<<name<<"的年齡是 "<<age<<"，成績(jī)是 "<<score<<"（當(dāng)前共"<<num<<"名學(xué)生）"<<endl;
}
int main(){
  //使用匿名對(duì)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(yùn)行結(jié)果：

小明的年齡是 15，成績(jī)是 90（當(dāng)前共1名學(xué)生）
李磊的年齡是 16，成績(jī)是 80（當(dāng)前共2名學(xué)生）
張華的年齡是 16，成績(jī)是 99（當(dāng)前共3名學(xué)生）
王康的年齡是 14，成績(jī)是 60（當(dāng)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(duì)象時(shí)，會(huì)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，將 num 的值加 1。之所以使用匿名對(duì)象，是因?yàn)槊看蝿?chuàng)建對(duì)象后只會(huì)使用它的 say 函數(shù)，不再進(jìn)行其他操作。不過(guò)請(qǐng)注意，使用匿名對(duì)象有內(nèi)存泄露的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)于靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的幾點(diǎn)說(shuō)明：
1) 一個(gè)類(lèi)中可以有一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)成員變量，所有的對(duì)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(shí)在靜態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)分配內(nèi)存，到程序結(jié)束時(shí)才釋放。這就意味著，static 成員變量不隨對(duì)象的創(chuàng)建而分配內(nèi)存，也不隨對(duì)象的銷(xiāo)毀而釋放內(nèi)存。而普通成員變量在對(duì)象創(chuàng)建時(shí)分配內(nèi)存，在對(duì)象銷(xiāo)毀時(shí)釋放內(nèi)存。

3) 靜態(tài)成員變量必須初始化，而且只能在類(lèi)體外進(jìn)行。例如：

int Student::num = 10;

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

4) 靜態(tài)成員變量既可以通過(guò)對(duì)象名訪問(wèn)，也可以通過(guò)類(lèi)名訪問(wèn)，但要遵循 private、protected 和 public 關(guān)鍵字的訪問(wèn)權(quán)限限制。當(dāng)通過(guò)對(duì)象名訪問(wèn)時(shí)，對(duì)于不同的對(duì)象，訪問(wèn)的是同一份內(nèi)存。
static靜態(tài)成員函數(shù)

在類(lèi)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(wèn)所有成員變量，而靜態(tài)成員函數(shù)只能訪問(wèn)靜態(tài)成員變量。

我們知道，當(dāng)調(diào)用一個(gè)對(duì)象的成員函數(shù)（非靜態(tài)成員函數(shù)）時(shí)，系統(tǒng)會(huì)把當(dāng)前對(duì)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(duì)象，它與任何對(duì)象都無(wú)關(guān)，因此靜態(tài)成員函數(shù)沒(méi)有 this 指針。既然它沒(méi)有指向某一對(duì)象，就無(wú)法對(duì)該對(duì)象中的非靜態(tài)成員進(jìn)行訪問(wèn)。

可以說(shuō)，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(méi)有 this 指針。由此決定了靜態(tài)成員函數(shù)不能訪問(wèn)本類(lèi)中的非靜態(tài)成員。

靜態(tài)成員函數(shù)可以直接引用本類(lèi)中的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，因?yàn)殪o態(tài)成員同樣是屬于類(lèi)的，可以直接引用。在C++程序中，靜態(tài)成員函數(shù)主要用來(lái)訪問(wèn)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，而不訪問(wèn)非靜態(tài)成員。

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

Student::getNum();

當(dāng)然也可以通過(guò)對(duì)象名調(diào)用靜態(tài)成員函數(shù)，如：

stu.getNum();

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

#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(lái)獲得平均成績(jī)
};
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(jī)是 "<<score<<"（當(dāng)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(jī)?yōu)?"<<Student::getAverage()<<endl;
  
  return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

小明的年齡是 15，成績(jī)是 90（當(dāng)前共1名學(xué)生）
李磊的年齡是 16，成績(jī)是 80（當(dāng)前共2名學(xué)生）
張華的年齡是 16，成績(jī)是 99（當(dāng)前共3名學(xué)生）
王康的年齡是 14，成績(jī)是 60（當(dāng)前共4名學(xué)生）
平均成績(jī)?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(gè)靜態(tài)成員變量。