C++中类的静态成员介绍

本文主要介绍C++中类的静态成员的相关内容。

1 概述

在c++中，我们可以使用 static 关键字来把类成员声明为静态的。当我们将类的成员声明为静态时，就意味着无论创建多少个类的对象，该静态成员都只会存在一个副本。

2 静态成员变量

如果不存在其他的（对于静态成员变量的）初始化语句，那么在创建第一个对象时，类中的所有的静态成员变量都会被初始化为 0。 此结论貌似不准确，通过示例可以看到，以 classname objname(..) 方式创建对象时，并不会对类中的静态成员数据进行初始化。

静态成员变量的初始化：不能把静态成员变量的初始化操作放在类的定义中，但可以在类的外部，通过使用作用域运算符“::”来重新声明静态成员变量从而对它进行初始化。

静态成员变量在类的所有对象中是共享的。

2.1 示例1

下面通过一个代码示例，介绍类的静态成员变量的特性。示例代码（static_test1.cpp）如下：

#include 

using namespace std;

class Box
{
public:
    // 声明静态成员变量
    static int objectCount;
    // 构造函数定义
    Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
    {
        cout <<"Constructor called." << endl;
        length = l;
        breadth = b;
        height = h;
        
        // 每次创建对象时，静态成员变量 objectCount 加1
        objectCount++;
    }
    // 求立方体的体积
    double Volume()
    {
        return (length * breadth * height);
    }

private:
    double length;     // 长度
    double breadth;    // 宽度
    double height;     // 高度
};

// （定义并）初始化类 Box 的静态成员变量
int Box::objectCount = 0;

int main()
{
    Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // 创建对象box1
    Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // 创建对象box2

    // 输出已创建的对象的总数
    cout << "Total objects count is: " << Box::objectCount << endl;

   return 0;
}

编译并执行上述代码，结果如下：

通过示例代码及其运行结果，能够知道：

• 类Box中的静态成员变量objectCount是在类外手动进行的初始化，如果将该行注释掉，则会报错，错误信息如下：
  
  这说明在上述示例代码中，创建对象时，类中的静态成员变量并未进行初始化；
• 类Box中的的静态成员变量objectCount在对个对象中共用一个副本，所以创建两个对象后，objectCount的值变为2了。

2.2 示例2

这里再展示一个静态成员变量的用法示例，在本示例中，我们通过使用类的静态成员变量，能够跟踪类的构造与析构函数的调用情况。

示例代码（static_test2.cpp）如下：

#include 

using namespace std;

class Cpoint
{
public:
    // 声明静态成员变量
    static int m_nConsTime;
    static int m_nDesTime;
    // 构造函数定义
    Cpoint(int x, int y)
    {
        xp = x;
        yp = y;
        // 每次创建对象时，静态成员变量 m_nConsTime 加1
        m_nConsTime++;
        cout << "[Cpoint] Constructor called: " << m_nConsTime << endl;
    }
    
    // 析构函数定义
    ~Cpoint()
    {
        // 每次调用析构函数时，静态成员变量 m_nDesTime 加1
        m_nDesTime++;
        cout << "[Cpoint] Destructor called:" << m_nDesTime << endl;
    }

private:
    int xp;
    int yp;
};

// （定义并）初始化类的静态成员变量
int Cpoint::m_nConsTime = 0;
int Cpoint::m_nDesTime = 0;

class CRect
{
public:
    // 构造函数定义
    CRect(int x1, int x2):mpt1(x1, x2), mpt2(x1, x2)
    {
        cout << "[CRect] Constructor called." << endl;
    }
    
    // 析构函数定义
    ~CRect()
    {
        cout << "[CRect] Destructor called." << endl;
    }
    
private:
    // 创建类Cpoint对象mpt1和mpt2
    Cpoint mpt1, mpt2;
};

int main()
{
    // 创建类CRect对象p
    CRect p(10,20);
    
    cout << "Hello, world!" << endl;
    
    return 0;
}

编译并执行上述代码，结果如下：

3 静态成员函数

把类的成员函数声明为静态的，就可以把函数与类的任何特定对象独立开来。

类的静态成员函数的特点：

• 即使在类对象不存在的情况下，静态成员函数也能被调用——静态成员函数只要使用类名加作用域运算符“::”就可以访问了；
• 类的静态成员函数只能访问类的静态成员数据、类的其他静态成员函数和类外部的其他函数；
• 静态成员函数有一个类范围，它不能访问类的 this 指针；
• 可以使用静态成员函数来判断类的某些对象是否已被创建了；
• 静态成员函数是类的一部分，但是不是对象的一部分。如果要在类外调用公用的静态成员函数，要用类名和作用域运算符“::”（如 Box::volume();），也可以通过对象名调用静态成员函数（如 a.volume();），但是这并不意味着此静态成员函数属于对象a（只是用了 a 的类型而已）；
• 静态成员函数不属于对象，它与任何对象都是无关的，因此静态成员函数没有 this 指针，也就是说：非静态成员函数有 this 指针，而静态成员函数没有 this 指针。由此决定了静态成员函数不能直接访问本类中的非静态成员。静态成员函数可以直接引用本类中的静态数据成员，因为静态数据成员同样是属于类的。当然，并不是说静态成员函数绝对不能访问本类中的非静态成员，只不过是不能进行默认访问（因为静态成员函数无法知道应该去找哪个对象的非静态成员），如果非要引用本类中的非静态成员，应该加上具体的对象名以及成员运算符“.”（例如：cout<

静态成员函数与普通成员函数的区别：

• 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；
• 静态成员函数没有 this 指针，只能访问类的静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）、以及类外部的其他函数。

3.1 示例1

下面通过一个示例代码，理解一下类的静态成员函数的概念。示例代码（static_test3.cpp）如下：

#include 

using namespace std;

class Box
{
public:
    // 声明静态成员变量
    static int objectCount;
    // 构造函数定义
    Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
    {
        cout <<"Constructor called." << endl;
        length = l;
        breadth = b;
        height = h;
        // 每次创建对象时 objectCount 加 1
        objectCount++;
    }
    // 求立方体的体积
    double Volume()
    {
        return (length * breadth * height);
    }
    // 获取已创建的类对象个数
    static int getCount()
    {
        return objectCount;
    }
    
private:
    double length;     // 长度
    double breadth;    // 宽度
    double height;     // 高度
};
 
// （定义并）初始化类 Box 的静态成员变量objectCount
int Box::objectCount = 0;

int main(void)
{
    // 创建对象前，输出已创建的对象的总数
    cout << "Inital Stage Count is: " << Box::getCount() << endl;
    
    Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // 创建对象box1
    Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // 创建对象box2
    
    // 创建对象后，输出已创建的对象的总数
    cout << "Final Stage Count is: " << Box::getCount() << endl;
    
   return 0;
}

编译并执行上述代码，结果如下：

在上述示例及执行结果中，我们能够看到，类 Box 的静态成员函数 getCount() 调用了该类的静态成员变量 objectCount 。