static静态成员变量和静态成员函数

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一般情况下，如果有N个同类的对象，那么每一个对象都分别有自己的成员变量，不同对象的成员变量各自有值，互不相干。但是有时我们希望有某一个或几个成员变量为所有对象共有，这样可以实现数据共享。

可以使用全局变量来达到共享数据的目的。例如在一个程序文件中有多个函数，每一个函数都可以改变全局变量的值，全局变量的值为各函数共享。但是用全局变量的安全性得不到保证，由于在各处都可以自由地修改全局变量的值，很有可能偶然失误，全局变量的值就被修改，导致程序的失败。因此在实际开发中很少使用全局变量。

如果想在同类的多个对象之间实现数据共享，也不要用全局变量，那么可以使用静态成员变量。

static静态成员变量

静态成员变量是一种特殊的成员变量，它以关键字 static 开头。例如：

    class Student{
    private:
        char *name;
        int age;
        float score;
        static int num;  //将num定义为静态成员变量

    public:
        Student(char *, int, float);
        void say();
    };

这段代码声明了一个静态成员变量 num，用来统计学生的人数。

static 成员变量属于类，不属于某个具体的对象，这就意味着，即使创建多个对象，也只为 num 分配一份内存，所有对象使用的都是这份内存中的数据。当某个对象修改了 num，也会影响到其他对象。

static 成员变量必须先初始化才能使用，否则链接错误。例如：

int Student::num;  //初始化

也可以在初始化时赋初值：

int Student::num = 10;  //初始化同时赋值

初始化时可以不加 static，但必须要有数据类型。被 private、protected、public 修饰的 static 成员变量都可以用这种方式初始化。

注意：static 成员变量的内存空间既不是在声明类时分配，也不是在创建对象时分配，而是在初始化时分配。

static 成员变量既可以通过对象来访问，也可以通过类来访问。通过类来访问的形式为：

类名::成员变量;

例如：

    //通过类来访问
    Student::num = 10;
    //通过对象来访问
    Student stu;
    stu.num = 10;

这两种方式是等效的。

注意：static 成员变量与对象无关，不占用对象的内存，而是在所有对象之外开辟内存，即使不创建对象也可以访问。

下面来看一个完整的例子：

    #include <iostream>
    using namespace std;

    class Student{
    private:
        char *name;
        int age;
        float score;
        static int num;  //将num定义为静态成员变量

    public:
        Student(char *, int, float);
        void say();
    };

    int Student::num = 0;  //初始化静态成员变量

    Student::Student(char *name, int age, float score){
        this->name = name;
        this->age = age;
        this->score = score;
        num++;
    }
    void Student::say(){
        //在普通成员函数中可以访问静态成员变量
        cout<<name<<"的年龄是 "<<age<<"，成绩是 "<<score<<"（当前共"<<num<<"名学生）"<<endl;
    }

    int main(){
        //使用匿名对象
        (new Student("小明", 15, 90))->say();
        (new Student("李磊", 16, 80))->say();
        (new Student("张华", 16, 99))->say();
        (new Student("王康", 14, 60))->say();

        return 0;
    }

运行结果：
小明的年龄是 15，成绩是 90（当前共1名学生）
李磊的年龄是 16，成绩是 80（当前共2名学生）
张华的年龄是 16，成绩是 99（当前共3名学生）
王康的年龄是 14，成绩是 60（当前共4名学生）

本例中将 num 声明为静态成员变量，每次创建对象时，会调用构造函数，将 num 的值加 1。之所以使用匿名对象，是因为每次创建对象后只会使用它的 say 函数，不再进行其他操作。不过请注意，使用匿名对象有内存泄露的风险。

关于静态数据成员的几点说明：
1) 一个类中可以有一个或多个静态成员变量，所有的对象都共享这些静态成员变量，都可以引用它。

2) static 成员变量和普通 static 变量一样，编译时在静态数据区分配内存，到程序结束时才释放。这就意味着，static 成员变量不随对象的创建而分配内存，也不随对象的销毁而释放内存。而普通成员变量在对象创建时分配内存，在对象销毁时释放内存。

3) 静态成员变量必须初始化，而且只能在类体外进行。例如：

int Student::num = 10;

初始化时可以赋初值，也可以不赋值。如果不赋值，那么会被默认初始化，一般是 0。静态数据区的变量都有默认的初始值，而动态数据区（堆区、栈区）的变量默认是垃圾值。

4) 静态成员变量既可以通过对象名访问，也可以通过类名访问，但要遵循 private、protected 和 public 关键字的访问权限限制。当通过对象名访问时，对于不同的对象，访问的是同一份内存。

static静态成员函数

在类中，static 除了声明静态成员变量，还可以声明静态成员函数。普通成员函数可以访问所有成员变量，而静态成员函数只能访问静态成员变量。

我们知道，当调用一个对象的成员函数（非静态成员函数）时，系统会把当前对象的起始地址赋给 this 指针。而静态成员函数并不属于某一对象，它与任何对象都无关，因此静态成员函数没有 this 指针。既然它没有指向某一对象，就无法对该对象中的非静态成员进行访问。

可以说，静态成员函数与非静态成员函数的根本区别是：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，因为静态成员同样是属于类的，可以直接引用。在C++程序中，静态成员函数主要用来访问静态数据成员，而不访问非静态成员。

如果要在类外调用 public 属性的静态成员函数，要用类名和域解析符“::”。如：

Student::getNum();

当然也可以通过对象名调用静态成员函数，如：

stu.getNum();

下面是一个完整的例子，通过静态成员函数获得学生的平均成绩：

    #include <iostream>
    using namespace std;

    class Student{
    private:
        char *name;
        int age;
        float score;
        static int num;  //学生人数
        static float total;  //总分

    public:
        Student(char *, int, float);
        void say();
        static float getAverage();  //静态成员函数，用来获得平均成绩
    };

    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<<"的年龄是 "<<age<<"，成绩是 "<<score<<"（当前共"<<num<<"名学生）"<<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("张华", 16, 99))->say();
        (new Student("王康", 14, 60))->say();

        cout<<"平均成绩为 "<<Student::getAverage()<<endl;
       
        return 0;
    }

运行结果：
小明的年龄是 15，成绩是 90（当前共1名学生）
李磊的年龄是 16，成绩是 80（当前共2名学生）
张华的年龄是 16，成绩是 99（当前共3名学生）
王康的年龄是 14，成绩是 60（当前共4名学生）
平均成绩为 82.25

上面的代码中，将 num、total 声明为静态成员变量，将 getAverage 声明为静态成员函数。在 getAverage 函数中，只使用了 total、num 两个静态成员变量。