static类成员（变量和函数）

0. 使用背景

对于特定类类型的全体对象而言，访问一个全局对象有时是必要的。
也许，在程序的任意点需要统计已创建的特定类类型对象的数量；
或者，全局对象可能是指向类的错误处理例程的一个指针；
或者，它是指向类类型对象的内在自由存储区的一个指针。
然而，全局对象会破坏封装：对象需要支持特定类抽象的实现。
如果对象是全局的，一般的用户代码就可以修改这个值。

1. static 类成员

类可以定义类 静态成员，而不是定义一个可普遍访问的全局对象。
通常，非 static 数据成员存在于类类型的每个对象中。
不像普通的数据成员，static 数据成员独立于该类的任意对象而存在；
每个 static 数据成员是与类关联的对象，并不与该类的对象相关联。
正如类可以定义共享的 static 数据成员一样，类也可以定义 static 成员函数。
static 成员函数没有 this 形参，它可以直接访问所属类的 static 成员，但不能直接使用非 static 成员。

1.1 使用类的 static 成员的优点

使用 static 成员而不是全局对象有 3 个优点：
　　static 成员的名字是在类的作用域中，因此可以避免与其他类的成员或全局对象名字冲突。
　　可以实施封装。static 成员可以是私有成员，而全局对象不可以。
　　通过阅读程序容易看出 static 成员是与特定类关。

1.2 定义 static 成员

在成员声明前加上关键字 static 将成员设为 static。static 成员遵循正常的公有／私有访问规则。
例如，考虑一个简单的表示银行账户的类。
每个账户具有余额和拥有者，并且按月获得利息，但应用于每个账户的利率总是相同的。

class Account {
public:
　　// interface functions here
　　void applyint() { amount += amount * interestRate; }
　　static double rate() { return interestRate; }
　　static void rate(double); // sets a new rate
private:
　　std::string owner;
　　double amount;
　　static double interestRate;
　　static double initRate();
};

这个类的每个对象具有两个数据成员：owner 和 amount。
对象没有与 static 数据成员对应的数据成员，
但是，存在一个单独的 interestRate 对象，由 Account 类型的全体对象共享。

1.3 使用类的 static 成员

可以通过作用域操作符从类直接调用 static 成员，或者通过对象、引用或指向该类类型对象的指针间接调用。

Account ac1;
Account *ac2 = &ac1;
// equivalent ways to call the static member rate function
double rate;
rate = ac1.rate(); // through an Account object or reference
rate = ac2->rate(); // through a pointer to an Account object
rate = Account::rate(); // directly from the class using the scope operator

像使用其他成员一样，类成员函数可以不用作用域操作符来引用类的 static 成员：

class Account {
public:
　　// interface functions here
　　void applyint() { amount += amount * interestRate; }
};

2. static 成员函数

Account 类有两个名为 rate 的 static 成员函数，其中一个定义在类的内部。
当我们在类的外部定义 static 成员时，无须重复指定 static 保留字，该保留字只出现在类定义体内部的声明处：

void Account::rate(double newRate){ interestRate = newRate; }

static 成员是类的组成部分但不是任何对象的组成部分，因此，static 成员函数没有 this 指针。
通过使用非 static 成员显式或隐式地引用 this 是一个编译时错误。
因为 static 成员不是任何对象的组成部分，所以 static 成员函数不能被声明为 const。
毕竟，将成员函数声明为 const 就是承诺不会修改该函数所属的对象。
最后，static 成员函数也不能被声明为虚函数。

3. static 数据成员

static 数据成员可以声明为任意类型，可以是常量、引用、数组、类类型，等等。
static 数据成员必须在类定义体的外部定义（正好一次）。
不像普通数据成员，static 成员不是通过类构造函数进行初始化，而是应该在定义时进行初始化。
保证对象正好定义一次的最好办法，就是将 static 数据成员的定义放在包含类非内联成员函数定义的文件中。

定义 static 数据成员的方式与定义其他类成员和变量的方式相同：先指定类型名，接着是成员的完全限定名。
可以定义如下 interestRate：

// define and initialize static class member
double Account::interestRate = initRate();

这个语句定义名为 interestRate 的 static 对象，它是类 Account 的成员，为 double 型。
像其他成员定义一样，一旦成员名出现，static 成员的就是在类作用域中。
因此，我们可以没有限定地直接使用名为 initRate 的 static 成员函数，作为 interestRate 初始化式。

注意，尽管 initRate 是私有的，我们仍然可以使用该函数来初始化 interestRate。
像任意的其他成员定义一样，interestRate 的定义是在类的作用域中，因此可以访问该类的私有成员。
像使用任意的类成员一样，在类定义体外部引用类的 static 成员时，必须指定成员是在哪个类中定义的。
然而，static 关键字只能用于类定义体内部的声明中，定义不能标示为 static。

3.1 特殊的整型 const static 成员

一般而言，类的 static 成员，像普通数据成员一样，不能在类的定义体中初始化。
相反，static 数据成员通常在定义时才初始化。这个规则的一个例外是，
只要初始化式是一个常量表达式，整型 const static 数据成员就可以在类的定义体中进行初始化：

class Account {
public:
　　static double rate() { return interestRate; }
　　static void rate(double); // sets a new rate
private:
　　static const int period = 30; // interest posted every 30 days
　　double daily_tbl[period]; // ok: period is constant expression
};

用常量值初始化的整型 const static 数据成员是一个常量表达式。
同样地，它可以用在任何需要常量表达式的地方，例如指定数组成员 daily_tbl 的维。
const static 数据成员在类的定义体中初始化时，该数据成员仍必须在类的定义体之外进行定义。
在类内部提供初始化式时，成员的定义不必再指定初始值：

// definition of static member with no initializer;
// the initial value is specified inside the class definition
const int Account::period;

3.2 static 成员不是类对象的组成部分

普通成员都是给定类的每个对象的组成部分。static 成员独立于任何对象而存在，不是类类型对象的组成部分。
因为 static 数据成员不是任何对象的组成部分，所以它们的使用方式对于非 static 数据成员而言是不合法的。

// static 数据成员的类型可以是该成员所属的类类型。
// 非 static 成员被限定声明为其自身类对象的指针或引用：
class Bar {
public:
　　// ...
private:
　　static Bar mem1; // ok
　　Bar *mem2; // ok
　　Bar mem3; // error
};

// 类似地，static 数据成员可用作默认实参：
class Screen {
public:
　　// bkground refers to the static member
　　// declared later in the class definition
　　Screen& clear(char = bkground);
private:
　　static const char bkground = '#';
};

非 static 数据成员不能用作默认实参，因为它的值不能独立于所属的对象而使用。
使用非 static 数据成员作默认实参，将无法提供对象以获取该成员的值，因而是错误的。

 

/************** 面试中常见的有关 static 类成员的问题 ****************/

Question：

什么是 static 类成员？ static 成员的优点是什么？ 他们与普通成员有什么不同？

Answer：

所谓 static 类成员，指的是其声明前带有关键字 static 的类成员。
static 类成员不是任意对象的组成部分，但由该类的全体对象所共享。

static 成员的优点：
static 成员的名字是在累的作用域中，因此可以避免与其他类的成员或全局对象名字冲突；
可以实施封装，static 成员可以说是私有成员，儿全局对象不可以；
通过阅读程序容易看出 static 成员是与特定类关联的，这种可见性可清晰的显示程序猿的意图。

它与普通成员的不同在于：
普通成员总是与对象相关联，是某个对象的组成部分；
而 static 成员与类相关联，由该类的全体对象所共享，不是人以对象的组成部分。