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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）