类和对象——static修饰类的成员

static成员

有时会有这样的需求：计算程序中创建出了多少个类的对象，以及多少个正在使用的对象。

因为构造函数和析构函数都只会调用一次，所以可以通过设置生命周期和main函数一致的计数变量进行统计。

计数变量用全局变量还会有别的问题：c++讲究封装，用全局变量可能会被不明因素修改。

#include<iostream>
#include<cstdlib>
int n, m;class A {
public:A() {++n;++m;}A(A& a) {++n;++m;}~A() {--m;}
private:
};A f(A a) {return a;
}A& f1(A a) {//传引用返回return a;
}//A& f1(A& a) {//传引用返回，形参也是引用
//	return a;
//}int main() { A a1;A a2;using std::cout;cout << n << " " << m << "\n";//++n;++m;//外部修改A();cout << n << " " << m << "\n";f(a1);f1(a1);cout << n << " " << m << "\n";return 0;
}

此时我们希望计数变量和类绑定，但又不想这些计数变量和成员函数一样属于公有。

1 static成员的概念

声明为static的类成员称为类的静态成员，用static修饰的成员变量，称之为静态成员变量；用static修饰的成员函数，称之为静态成员函数。

静态成员变量一定要在类外进行初始化。因为静态成员变量属于类，所以并不通过某一对象的初始化列表（构造函数）进行初始化，需要声明和定义分离。

通过static成员变量对创建的对象个数进行统计：

#include<iostream>
using namespace std;class A {
public:A() { ++_scount; }A(const A& t) { ++_scount; }~A() { --_scount; }static int GetACount() { return _scount; }
private:static int _scount;//声明
};
int A::_scount = 0;//定义int main() {cout << A::GetACount() << endl;A a1, a2;A a3(a1);A a4 = a1;cout << A::GetACount() << endl;return 0;
}

2 特性

1. 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，存放在静态区。这就意味着空指针也能访问静态成员变量，和空指针能访问成员函数是一样的道理：看访问的数据在哪。

2. 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字，类中只是声明。

3. 类静态成员即可用类名::静态成员或者对象.静态成员、类的指针->静态成员来访问。
   例如这个案例通过NULL来访问静态成员。

#include<iostream>
using namespace std;class A {
public:A() { ++_scount; }A(const A& t) { ++_scount; }~A() { --_scount; }static int GetACount() { return _scount; }static int _scount;//声明
private:
};
int A::_scount = 0;//定义int main() {cout << A::GetACount() << endl;A a1, a2;A a3(a1);A a4 = a1;cout << ((A*)(NULL))->_scount << endl;//将NULL强制转换为A的指针用于访问公有成元return 0;
}

4. 静态成员函数没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员。
   这就意味着静态成员函数不可调用非静态成员函数，
   但非静态成员函数可以调用类的静态成员函数。
   而且因为没有this指针，也就不需要访问构造函数，对其他的静态成员变量不构成影响。

5. 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制。

6. 静态成员可以是数组，指针，但都要初始化。指针若存在使用alloc系列函数或关键字new申请空间，则需要在main结束前显式释放，或通过全局对象的析构函数进行空间释放。

#include<iostream>
#include<cstdlib>
using namespace std;class A {
public:~A() {if (c)//需要加语句判断，防止被局部对象造成段错误free(c);c = NULL;}static int a[];static int b[10];static int* c;
};int A::a[] = { 6 };
//int A::b[6] = { 1,3,5,2 };//元素数量不匹配不给编译通过
int A::b[10] = { 0 };
int* A::c = (int*)malloc(4 * 10);A a;//全局对象调用析构函数int main() {A a;if (A::c) {free(A::c);//手动释放A::c = NULL;}return 0;
}

static成员的应用可以通过这个OJ体现：求1+2+3+…+n，要求不能使用乘除法、for、while、if、else、switch、case等关键字及条件判断语句（A?B:C) ，这个OJ将公式、位运算和递归都限制了。

但可以通过设置类的静态成员变量，并生成具有连续空间的数组来进行求和。

参考程序1：

class A{
public:A(){++n;sum+=n;}static int n;static int sum;
};
int A::n=0;
int A::sum=0;class Solution {
public:int Sum_Solution(int n) {A a[n];return A::sum;}
};

Nowcoder平台支持变长数组，所以可以这样声明数组：A a[n]。若平台不支持，还可以通过new关键字生成对象数组：

class A{
public:A(){++n;sum+=n;}static int n;static int sum;
};
int A::n=0;
int A::sum=0;class Solution {
public:int Sum_Solution(int n) {A* a=new A[n];int ans=A::sum;free(a);return ans;}
};

这里用new不用malloc函数或calloc函数，是因为后者申请内存时并不调用类的构造函数。