C++深度解析(16)—类的静态成员

1.类成员的回顾 

• 从面向对象的角度 
  • 对象由属性（成员变量）和方法（成员函数）构成 
• 从程序运行的角度 
  • 对象由数据和函数构成 
  • 数据可以位于栈，堆和全局数据区 
  • 函数只能位于代码段
• 结论 
  • 通过对象名能够访问public成员变量
  • 每个对象都可以有只属于自己的成员变量
  • 成员变量不能在对象之间共享

2.新的需求

• 统计在程序运行期间某个类的对象数目
• 保证程序的安全性（不能使用全局变量） 
• 随时可以获取当前对象的数目

3.编程实验

• 解决方案的尝试  

#include <stdio.h>  

class Test
{
private:
	int mCount;

public:
	Test() : mCount(0)
	{
		mCount++;
	}
	
	~Test()
	{
		--mCount;
	}
	
	int getCount()
	{
		return mCount;
	}
};

Test gTest;

int main()
{
	Test t1;
	Test t2;

	printf("count = %d\n", gTest.getCount());
	printf("count = %d\n", t1.getCount());
	printf("count = %d\n", t2.getCount());

	getchar();
	
	return 0;
}

• 运行结果：

4.类的静态成员

• 在C++中可以定义静态成员变量和静态成员函数
• 静态成员属于整个类所有，不需要依赖任何对象
• 可以通过类名直接访问public静态成员
• 可以通过对象名访问public静态成员
• 静态成员函数可以直接访问静态成员变量

5 静态成员定义

• 静态成员变量定义
  • 在定义时直接通过static关键字修饰
  • 静态成员变量不依赖于任何对象，需要在类外单独分配空间，存储在全局数据区，任然受private和public的限制
  • 语法规则：Type ClassName::VarName;
• 静态成员函数的定义
  • 在定义时直接通过static关键字修饰
  • 其余部分与普通成员函数定义相同

#include <stdio.h>

class Test
{
	private:
	static int cI;

	public:
	static int GetI()
	{
		return cI;
	}

	static void SetI(int i)
	{
		cI = i;
	}

	void print()
	{
		printf("cI = %d\n", cI);
	}
};

int Test::cI = 0;  // 静态成员变量需要在类外部分布空间

int main()
{
	Test::SetI(5);   // 通过类名可以直接访问puiblic静态成员函数
	
	printf("Test::cI = %d\n", Test::GetI());

	Test t1; 
	Test t2;
    
	t1.print();    // 静态成员属于整个类共享 
	t2.print();
    
	t1.SetI(10); // 通过对象名访问public静态成员函数
	t2.print();
    
	printf("Test::cI = %d\n", Test::GetI());
    
	printf("Press any key to continue...");
    
	getchar();
    
	return 0;
}

• 运行结果：
• 从命名空间的角度
  • 类的静态成员只是类这个命名空间中的全局变量和全局函数
  • 不同之处只是，类可以对静态成员进行访问权限的限制，而命名空间不行
• 从面向对象的角度
  • 类的静态成员属于类概念本身
  • 类的所有对象共享相同的静态成员

6.静态成员的应用

• 统计某个类的对象数目

#include <stdio.h>

class Test
{
private:
	static int cCount;

public:
	static int GetCount()
	{
		return cCount;
	}
    
	Test()
	{
		cCount++;
	}
    
	~Test()
	{
		cCount--;
	}
};

int Test::cCount;  // 默认为0，和全局变量和静态局部变量相同

void run()
{
    Test ta[100];
    
    printf("Number of Object: %d\n", Test::GetCount());
}

int main()
{
	Test t1;
	Test t2;   // t1.t2在main()函数返回时被销毁
    
	printf("Number of Object: %d\n", Test::GetCount());
    
	run();  // ta[100]在run返回时被销毁
    
	printf("Number of Object: %d\n", Test::GetCount());
    
	printf("Press any key to continue...");
   
	getchar();
    
	return 0;
}

• 运行结果：

7.c++对象模型

• C++类对象中的成员变量和成员函数是分开存储的，某一个类的对象中只有成员变量（普通成员变量），无成员函数 
  • 成员变量
    • 普通成员变量：存储于对象中，与struct变量有相同的内存布局和字节对齐方式
    • 静态成员变量：存储于全局数据区中
  • 成员函数：存储于代码段中

#include <stdio.h>

struct C1
{
	int i;
	int j;
	short k;
	short l;
};

class C2
{
	int i;
	int j;
	short k;
	short l;
};

class C3
{
	int i;
	int j;
	short k;
	short l;

	static int c;

public:
	C3()
	{
	
	}

	void print()
	{
	
	}
};

int C3::c;
  
int main()
{
	C1 c1;
	C2 c2;
	C3 c3;
	
	printf("sizeof <c1>: %d\n", sizeof(c1));  // 12
	printf("sizeof <c2>: %d\n", sizeof(c2));   // 12
	printf("sizeof <c3>: %d\n", sizeof(c3));  // 12

	printf("Press any key to continue...");

	getchar();

	return 0;
}

• C++中的class从面向对象理论出发，将变量和函数集中定义在一起，用于描述现实世界中的类
• 从计算机的角度，程序依然由数据段和代码段构成

8.c++编译器的内部处理

• C++中类的普通成员函数都隐式包含一个指向当前对象的this指针。

9.静态成员与非静态成员的区别

#include <stdio.h>

class Test
{
	int i;
	int j;
	int k;
    
	static int c;

public:
	Test(int i, int j, int k)
	{
		this->i = i;   // C++中类的普通成员函数都隐式包含一个指向当前对象的this指针
		this->j = j;
		this->k = k;
	}

	void print()
	{
		printf("Object Address: %08X\n", this);
		printf("&c = %08X, c = %d\n", &c, c);
		printf("&i = %08X, i = %d\n", &i, i);
		printf("&j = %08X, j = %d\n", &j, j);
		printf("&k = %08X, k = %d\n", &k, k);
	}
};

int Test::c;

int main()
{
	Test t1(0, 1, 2);
	Test t2(3, 4, 5);
    
	printf("t1 Address: %08X\n", &t1);
	t1.print();
	printf("t2 Address: %08X\n", &t2);
	t2.print();
    
	printf("Press any key to continue...");
    
	getchar();
    
	return 0;
}

• 静态成员函数与普通成员函数的区别
  • 静态成员函数不包含指向具体对象的指针
  • 普通成员函数包含一个指向具体对象的指针

• C++中类的普通成员函数都隐式包含一个指向当前对象的this指针。

10.小结

• C++类中可以包含属于类概念的静态成员
• 静态成员变量在全局数据区分配空间
• 静态成员函数不包含隐藏的this指针
• 通过类名可以直接访问静态成员
• 通过对象名可以访问静态成员，所有的对象可以共享同一个类的静态成员