static成员

C++ 中的 static 成员
 
static 成员是类中特殊的成员，它们与类本身关联，而不是与类的各个对象实例关联。static 成员分为 static 成员变量和 static 成员函数。
 
一、static 成员变量
 
1. 基本特性
 
- 类范围共享：所有类对象共享同一个 static 成员变量
- 独立于对象：即使没有创建任何对象，static 成员也存在
- 单一定义：需要在类外单独定义和初始化
 
2. 声明与定义
 
class MyClass {
public:
    static int count;  // 声明（类内）
    
    MyClass() { count++; }
    ~MyClass() { count--; }
};

// 定义和初始化（类外，通常在.cpp文件中）
int MyClass::count = 0; 
 
 
3. 访问方式
 
// 通过类名访问（推荐）
MyClass::count;

// 通过对象访问（不推荐）
MyClass obj;
obj.count;
 
 
4. 特殊用法
 
- 类内常量：C++11 允许 static const 成员在类内初始化
class Constants {
public:
    static const int MAX_SIZE = 100;  // 类内初始化
};
 
 
二、static 成员函数
 
1. 基本特性
 
- 无 this 指针：不能访问非 static 成员
- 可直接调用：无需通过对象实例
- 常用作工具函数：与类相关但不依赖对象状态的函数
 
2. 定义与使用
 
class MathUtils

{
public:
    static double pi() { return 3.1415926; }
    
    static int add(int a, int b)

    {
        return a + b;
    }
};

// 调用方式
double circleArea = MathUtils::pi() * radius * radius;
int sum = MathUtils::add(5, 3);
 
 
3. 典型应用场景
 
1. 工厂方法：创建类实例
class Product

{
public:
    static Product* create()

    {
        return new Product();
    }
};
 
2. 单例模式：确保类只有一个实例
class Singleton

{
private:
    static Singleton* instance;
    Singleton() {}
public:
    static Singleton* getInstance()

    {
        if(!instance)

        {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
};
Singleton* Singleton::instance = nullptr;
 
 
三、static 成员的初始化
 
1. 基本规则
 
- 非 const static 成员：必须在类外定义和初始化
- const static 成员：
- 整型或枚举类型：可在类内初始化
- 其他类型：仍需在类外定义（C++17 引入 inline static 简化此情况）
 
2. C++17 改进
 
C++17 引入 inline static 成员，允许在类内直接初始化非 const static 成员：
 
class Modern

{
public:
    inline static int value = 42;  // C++17
};
 
 
四、static 成员的线程安全
 
1. 潜在问题
 
- static 成员变量在多线程环境下需要保护
- static 局部变量（在函数内）的初始化是线程安全的（C++11起）
 
2. 解决方案
 
class Logger

{
private:
    static std::mutex mtx;
    static std::vector<std::string> logs;
public:
    static void addLog(const std::string& msg)      {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        logs.push_back(msg);
    }
};
 
 
五、最佳实践
 
1. 命名约定：考虑为 static 成员添加前缀（如 s*）提高可读性
2. 访问控制：合理使用 public/protected/private
3. 避免滥用：只在真正需要共享数据或功能时使用
4. 线程安全：多线程环境下确保同步访问
5. 替代方案：考虑命名空间内的全局函数/变量是否更适合
 
static 成员是 C++ 中强大的工具，正确使用可以：
 
- 减少全局命名空间的污染
- 实现类相关的共享数据和功能
- 优化内存使用（避免每个对象都存储相同数据）