C++静态成员（静态数据成员和静态成员函数）

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

class Box
{
public :
int volume( );
private :
static int height; //把height定义为静态的数据成员
int width;
int length;
};

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。

引用静态数据成员

#include <iostream>
using namespace std;
class Box
{
public:
Box(int,int);
int volume( );
static int height;             //把height定义为公用的静态的数据成员
int width;
int length;
};
Box::Box(int w,int len)         //通过构造函数对width和length赋初值
{
width=w;
length=len;
}
int Box::volume( )
{
return(height*width*length);
}
int Box::height=10;              //对静态数据成员height初始化
int main( )
{
Box a(15,20),b(20,30);
cout<<a.height<<endl;         //通过对象名a引用静态数据成员
cout<<b.height<<endl;        //通过对象名b引用静态数据成员
cout<<Box::height<<endl;     //通过类名引用静态数据成员
cout<<a.volume( )<<endl;       //调用volume函数，计算体积，输出结果
}

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。

C++静态成员函数

与数据成员类似，成员函数也可以定义为静态的，在类中声明函数的前面加static就成了静态成员函数。如
static int volume( );
和静态数据成员一样，静态成员函数是类的一部分，而不是对象的一部分。

如果要在类外调用公用的静态成员函数，要用类名和域运算符“::”。如
Box::volume( );
实际上也允许通过对象名调用静态成员函数，如
a.volume( );
但这并不意味着此函数是属于对象a的，而只是用a的类型而已。

与静态数据成员不同，静态成员函数的作用不是为了对象之间的沟通，而是为了能处理静态数据成员。

我们知道，当调用一个对象的成员函数(非静态成员函数)时，系统会把该对象的起始地址赋给成员函数的this指针。而静态成员函数并不属于某一对象，它与任何对象都无关，因此静态成员函数没有this指针。既然它没有指向某一对象，就无法对一个对象中的非静态成员进行默认访问（即在引用数据成员时不指定对象名）。

可以说，静态成员函数与非静态成员函数的根本区别是：非静态成员函数有this指针，而静态成员函数没有this指针。由此决定了静态成员函数不能访问本类中的非静态成员。

静态成员函数可以直接引用本类中的静态数据成员，因为静态成员同样是属于类的，可以直接引用。在C++程序中，静态成员函数主要用来访问静态数据成员，而不访问非静态成员。

假如在一个静态成员函数中有以下语句：
cout<<height<<endl; //若height已声明为static，则引用本类中的静态成员，合法
cout<<width<<endl; //若width是非静态数据成员，不合法
但是，并不是绝对不能引用本类中的非静态成员，只是不能进行默认访问，因为无法知道应该去找哪个对象。

如果一定要引用本类的非静态成员，应该加对象名和成员运算符“.”。如
cout<<a.width<<endl; //引用本类对象a中的非静态成员
假设a已定义为Box类对象，且在当前作用域内有效，则此语句合法。

通过下例可以具体了解有关引用非静态成员的具体方法。

静态成员函数的应用。

#include <iostream>
using namespace std;
class Student                   //定义Student类
{
public:
Student(int n,int a,float s):num(n),age(a),score(s){ }      //定义构造函数
void total( );
static float average( );      //声明静态成员函数
private:
int num;
int age;
float score;
static float sum;            //静态数据成员
static int count;            //静态数据成员
};
void Student::total( )                      //定义非静态成员函数
{
sum+=score;                           //累加总分
count++;                              //累计已统计的人数
}
float Student::average( )                 //定义静态成员函数
{
return(sum/count);
}

float Student::sum=0;                     //对静态数据成员初始化
int Student::count=0;                     //对静态数据成员初始化

int main( )
{
Student stud[3]={                     //定义对象数组并初始化
Student(1001,18,70),
Student(1002,19,78),
Student(1005,20,98)
};
int n;
cout<<"please input the number of students:";
cin>>n;                               //输入需要求前面多少名学生的平均成绩
for(int i=0;i<n;i++)                 //调用3次total函数
stud[i].total( );
cout<<"the average score of "<<n<<"students is "<<Student::average( )<<endl;
//调用静态成员函数
return 0;
}

运行结果为：
please input the number of students:3↙
the average score of 3 students is 82.3333

关于静态成员函数成员的几点说明：
1.在主函数中定义了stud对象数组，为了使程序简练，只定义它含3个元素，分别存放3个学生的数据。程序的作用是先求用户指定的n名学生的总分，然后求平均成绩(n由用户输入)。
2.在Student类中定义了两个静态数据成员sum(总分)和count(累计需要统计的学生人数)， 这是由于这两个数据成员的值是需要进行累加的，它们并不是只属于某一个对象元素，而是由各对象元素共享的，可以看出： 它们的值是在不断变化的，而且无论对哪个对象元素而言，都是相同的，而且始终不释放内存空间。
3.total是公有的成员函数，其作用是将一个学生的成绩累加到sum中。公有的成员函数可以引用本对象中的一般数据成员(非静态数据成员)，也可以引用类中的静态数据成员。score是非静态数据成员，sum和count是静态数据成员。
4.average是静态成员函数，它可以直接引用私有的静态数据成员(不必加类名或对象名)， 函数返回成绩的平均值。
5.在main函数中，引用total函数要加对象名(今用对象数组元素名)， 引用静态成员函数average函数要用类名或对象名。
6.请思考，如果不将average函数定义为静态成员函数行不行？程序能否通过编译？需要作什么修改？为什么要用静态成员函数？请分析其理由。

最后请注意，作为C++程序员，最好养成这样的习惯：只用静态成员函数引用静态数据成员，而不引用非静态数据成员。这样思路清晰，逻辑清楚，不易出错。