C++类中的静态成员变量和静态成员函数的作用

数据成员可以分为静态变量、非静态变量两种。

• 静态成员：静态类中的成员加入static 修饰符，即是静态成员，可以使用类名+静态成员名访问此静态成员，因为静态成员存在于内存，非静态成员需要实例化才会分配内存，所以静态成员不能访问非静态成员，因为静态成员存在于内存，所以非静态成员可以直接访问类中的静态成员。
• 非静态成员：所以没有加static的成员都是非静态成员，当类被实例化后，可以通过实例化的类名进行访问，非静态成员的生存期决定于该类的生存期，而静态成员则不存在生存期的概念，因为静态成员始终驻留在内存中。

一个类中可以包含静态成员和非静态成员，类中也包括静态构造函数和非静态构造函数。

以下分两方面来说，第一方面主要是相对于面向过程而言，在这方面不涉及类；另一方面相对于面向对象来说，主要说明static在类中的作用。

一、在面向过程设计中的static关键字

1. 静态全局变量

定义：在全局变量前加上关键字static，该变量就被定义成一个静态全局变量。

特点：

1. 该变量在全局数据区分配内存
2. 初始化：如果不显式初始化，那么将被饮食初始化为0（自动变量是随机的，除非是显式初始化）
3. 该变量只在本源文件可见，严格地讲，应该从定义之处开始到本文件结束。
4. 文件作用域下声明的const的常量默认为static存储类型。

Example 1

#include <iostream>
using namespace std;  

void fun();
static int n;  

void main()
{
    n = 20;
    cout<<n<<endl;
    fun();
}  

void fun()
{
    n++;
    cout<<n<<endl;
}

静态变量都在全局数据区分配内存，包括静态局部变量。对于一个完整的程序，在内存中的分布情况如下：

• 代码区

• 全局数据区
• 堆区
• 栈区

一般在程序中，由new产生的动态数据区放在堆区中，函数内部的自动变量存放在栈区。自动变量一般会随着函数的退出而释放空间，静态数据（即使是函数内部的静态局部变量）也存放在全局数据区中。全局数据区的数据并不会因为函数的退出而释放空间。

如果把Example 1中的

static int n；

修改为

int n；//全局变量。

它可以实现变量在文件中的共享.

但是静态全局变量有以下好处：

在其他文件中可以定义相同名字的变量，而不会发生冲突。

Example 2

FILE 1
#include <iostream>
using namespace std;  

void fun();
static int n;  

void main()
{
    n = 20;
    cout<<n<<endl;
    fun();
}  

FILE 2
#include <iostream>
using namespace std;  

extern int n;
void fun()
{
    n++;
    cout<<n<<endl;
}

2. 静态局部变量

定义：在局部变量前加上static关键字时，就定义了静态局部变量。

FILE 3
#include <iostream>
using namespace std;  

void fun();
void main()
{
    fun();
    fun();
    fun();  

}  

void fun()
{
    static int n = 10;
    n++;
    cout<<n<<endl;
}

通常，在函数体内定义了一个变量，每当程序运行到该语句时都会给该局部变量分配栈内存，但随着程序退出函数体，系统就会收回栈内存，局部变量也相应失效。但是有时候我们需要在两次调用之间对变量的值进行保存，通常的想法是定义一个全局变量来实现，但是这样一来，变量已经不再属于函数本身了，不再仅受函数的控制，给程序的维护带来不便。

静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区，而不是保存在栈中，每次的值保持到下一次调用，直到下次赋新值。

特点：

• 该变量在全局数据区分配内存

• 初始化：如果不是显式初始化，那么将被隐式初始化为0，以后的函数调用不再进行初始化。
• 它始终驻留在全局数据区，直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域。当定义它的函数或语句块结束时，其作用域也随之结束。

3. 静态函数与普通函数不同，它只能在声明它的文件当中可见，不能被其他文件使用。

Example 4

FILE 4
#include <iostream>
using namespace std;  

static void fun();
void main()
{
    fun();
}  

void fun()
{
    int n = 10;
    n++;
    cout<<n<<endl;
}

定义静态函数的好处：静态函数不能被其他文件使用。在其他文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突。

二、面向对象的static关键字

静态数据成员

在类内数据成员的声明前加上关键字static，该数据成员就是类内的静态数据成员。

#include <iostream>
using namespace std;  

class MyClass
{
public:
    MyClass(int a, int b, int c);
    void fun();
private:
    int a,b,c;
    static int sum;//声明静态数据成员
};  

 int MyClass::sum = 0;
MyClass::MyClass(int a, int b, int c)
{
    this->a = a;
    this->b = b;
    this->c = c;
    sum += a+b+c;
}  

void MyClass::fun()
{
    cout<<"sum = "<<sum<<endl;
}
void main()
{
    MyClass M(1,2,3);
    M.fun();  

    MyClass N(4,5,6);
    N.fun();
}

从以上的程序可以看出，静态数据成员有以下特点：

• 对于非静态数据成员，每个类对象都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成员。无论这个类的对象定义了多少个，静态数据成员在程序中也只有一份拷贝，由该类型的所有对象共享访问。即静态数据成员是该类的所有对象所共有的。对该类的多个对象来说，静态数据成员只分配一次内存，供所有对象共用。所以，静态数据成员的值对每个对象都是一样的，它的值可以更新。

• 静态数据成员存储在全局数据区，静态数据成员定义时要分配空间，所以不能在类声明中定义。应该在类外定义。
• 静态数据成员和普通数据成员一样遵从public、private、protected访问规则。
• 由于静态数据成员在全局数据区分配内存，属于本类的所有对象共享，它不属于特定的类对象，在没有产生类对象时作用域就可见。即在没有产生类的实例时，我们就可以操作它。

静态数据成员的初始化与一般数据成员的初始化不同，即它的初始化格式为：

<数据类型><类名>::<静态数据成员> = <值>

类的静态数据成员有两种访问方式：

如果静态数据成员的访问权限允许的话，即为public成员，可在程序中，按上述格式来引用静态数据成员；

静态数据成员主要用在各个对象都有相同的某项属性的时候。比如对一个存款类，每个实例的利息都是相同的，所以把利息可以设为存款类的静态数据成员。这有两个好处，一是不管定义多少个存款类对象，利息数据成员都共享分配在全局数据区的内存，所以节省了存储空间。二是一旦利息需要改变时，只要改变一次，则所有存款类对象的利息全改变过来了。

同全局变量相比，使用静态数据成员有两个优势：

• 静态数据成员没有进入程序的全局名字空间，因此不存在与程序中其他全局名字冲突的可能性；

• 可以实现信息隐藏。静态数据成员可以使private成员，而全局变量不能。

静态成员函数

与静态数据成员一样，我们也可以创建一个静态成员函数，它为类的全部服务，而不是为某一个类的具体对象服务。静态成员函数与静态数据成员一样，都是在类的内部实现，属于类定义的一部分。普通的成员函数一般都隐藏了一个this指针，this指针指向类的对象本身，因为普通成员函数总是具体的属于某个类的具体对象的。通常情况下，this指针是缺省的、但是与普通函数相比，静态成员函数由于不是与任何的对象相联系，因此它不具有this指针，从这个意义上讲，它无法访问属于类对象的非静态数据成员，也无法访问非静态成员函数，它只能调用其余的静态成员函数。

Example 6

#include <iostream>
using namespace std;  

class MyClass
{
public:
    MyClass(int a, int b, int c);
    static void fun();
private:
    int a,b,c;
    static int sum;//声明静态数据成员
};  

 int MyClass::sum = 0;
MyClass::MyClass(int a, int b, int c)
{
    this->a = a;
    this->b = b;
    this->c = c;
    sum += a+b+c;
}  

void MyClass::fun()
{
    cout<<"sum = "<<sum<<endl;
}
void main()
{
    MyClass M(1,2,3);
    M.fun();  

    MyClass N(4,5,6);
    N.fun();
    MyClass::fun();//静态成员函数的访问
}

关于静态成员函数，可以总结以下几点：

• 出现在类体外的函数不能指定关键字static；

• 静态成员之间可以互相访问，包括静态成员函数访问静态数据成员和访问静态成员函数；
• 非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据成员；
• 静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员
• 由于没有this指针的额外开销，因此静态成员函数与类的全局函数相比，速度上会有少许的增长
• 调用静态成员函数，可以用成员访问操作符(.)和(->)为一个类的对象或指向类对象的指调用静态成员函数。

转载自 Caroline0071。