C++静态数据成员与静态成员函数

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数据成员,不同对象的数据成员各自有值,互不相干。但是有时人们希望有某一个或几个数据成员为所有对象所共有,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。因此在实际工作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,也不要用全局对象,可以用静态的数据成员。

静态数据成员

静态数据成员是一种特殊的数据成员。它以关键字static开头。例如
  1. class Box
  2. {
  3. public :
  4. int volume( );
  5. private :
  6. static int height; //把height定义为静态的数据成员
  7. int width;
  8. int length;
  9. };
如果希望各对象中的height的值是一样的,就可以把它定义为静态数据成员,这样它就为各对象所共有,而不只属于某个对象的成员,所有对象都可以引用它。

静态的数据成员在内存中只占一份空间。每个对象都可以引用这个静态数据成员。静态数据成员的值对所有对象都是一样的。如果改变它的值,则在各对象中这个数据成员的值都同时改变了。这样可以节约空间,提高效率。

关于静态数据成员的几点说明: 
1) 如果只声明了类而未定义对象,则类的一般数据成员是不占内存空间的,只有在定义对象时,才为对象的数据成员分配空间。但是静态数据成员不属于某一个对象,在为对象所分配的空间中不包括静态数据成员所占的空间。静态数据成员是在所有对象之外单独开辟空间。只要在类中定义了静态数据成员,即使不定义对象,也为静态数据成员分配空间,它可以被引用。

在一个类中可以有一个或多个静态数据成员,所有的对象共享这些静态数据成员,都可以引用它。

2) 对于静态变量,如果在一个函数中定义了静态变量,在函数结束时该静态变量并不释放,仍然存在并保留其值。静态数据成员也类似,它不随对象的建立而分配空间,也不随对象的撤销而释放(一般数据成员是在对象建立时分配空间,在对象撤销时释放)。静态数据成员是在程序编译时被分配空间的,到程序结束时才释放空间。

3) 静态数据成员可以初始化,但只能在类体外进行初始化。如
    int Box::height=10; //表示对Box类中的数据成员初始化
其一般形式为:
    数据类型类名::静态数据成员名=初值;
不必在初始化语句中加static。

注意,不能用参数对静态数据成员初始化。如在定义Box类中这样定义构造函数是错误的:
    Box(int h,int w,int len):height(h){ } //错误,height是静态数据成员

如果未对静态数据成员赋初值,则编译系统会自动赋予初值0。

4) 静态数据成员既可以通过对象名引用,也可以通过类名来引用。请观察下面的程序。

[例9.10] 引用静态数据成员。
  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class Box
  4. {
  5. public:
  6. Box(int,int);
  7. int volume( );
  8. static int height; //把height定义为公用的静态的数据成员
  9. int width;
  10. int length;
  11. };
  12. Box::Box(int w,int len) //通过构造函数对width和length赋初值
  13. {
  14. width=w;
  15. length=len;
  16. }
  17. int Box::volume( )
  18. {
  19. return(height*width*length);
  20. }
  21. int Box::height=10; //对静态数据成员height初始化
  22. int main( )
  23. {
  24. Box a(15,20),b(20,30);
  25. cout<<a.height<<endl; //通过对象名a引用静态数据成员
  26. cout<<b.height<<endl; //通过对象名b引用静态数据成员
  27. cout<<Box::height<<endl; //通过类名引用静态数据成员
  28. cout<<a.volume( )<<endl; //调用volume函数,计算体积,输出结果
  29. }
上面3个输出语句的输出结果相同(都是10)。这就验证了所有对象的静态数据成员实际上是同一个数据成员。

请注意,在上面的程序中将height定义为公用的静态数据成员,所以在类外可以直接引用。可以看到在类外可以通过对象名引用公用的静态数据成员,也可以通过类名引用静态数据成员。即使没有定义类对象,也可以通过类名引用静态数据成员。这说明静态数据成员并不是属于对象的,而是属于类的,但类的对象可以引用它。如果静态数据成员被定义为私有的,则不能在类外直接引用,而必须通过公用的成员函数引用。

5) 有了静态数据成员,各对象之间的数据有了沟通的渠道,实现数据共享,因此可以不使用全局变量。全局变量破坏了封装的原则,不符合面向对象程序的要求。但是也要注意公用静态数据成员与全局变量的不同,静态数据成员的作用域只限于定义该类的作用域内(如果是在一个函数中定义类,那么其中静态数据成员的作用域就是此函数内)。在此作用域内,可以通过类名和域运算符“::”引用静态数据成员,而不论类对象是否存在。

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