c++ static(详解）

在C++ 中，static 关键字用于定义具有静态存储持续时间 的变量或方法。它在不同上下文中有不同的含义，通常与变量的存储方式和作用域相关。static的主要作用是控制变量或函数的可见性和生命周期。

可以通过一个生活中的场景来形象化static的作用：

场景：

假设你是一位图书馆管理员，负责管理图书馆中每个人的借书记录。每次有新成员登记时，你都为他们创建一个新的借书账户，并记录他们借的书。但图书馆有一个总借书数的统计，也就是说，不管有多少个会员借书，所有人的借书数量都会加在一起，形成一个全馆的总借书数。

静态变量的作用：

借书账户的个人记录：每个会员都有自己借书的记录（类似于类的普通成员变量），每个人只能看到自己借了几本书。
图书馆的总借书数 ：图书馆有一个总借书数的统计，这个数字对所有会员来说是共享的（类似于**static**成员变量），每个会员借了一本书后，这个总数都会增加。

对应到C++代码：

cpp 复制代码

#include <iostream>

using namespace std;

class LibraryMember{
public:
    int personalBorrowedBooks = 0; //个人借书记录

    static int totalBorrowedBooks; //总借书数（所有人共享）

    void borrowBook(){
        personalBorrowedBooks++; //总借书数增加
        totalBorrowedBooks++; //总借书数增加
    }
    void showBorrowInfo(){
        cout <<"You have borrowed " << personalBorrowedBooks << " books." << endl;
        cout <<"The liberary has loand out " << totalBorrowedBooks << " book in total." << endl;
    }

};

//初始化静态成员变量
int LibraryMember::totalBorrowedBooks = 0;

int main(){

    LibraryMember member1;
    LibraryMember member2;

    member1.borrowBook();  // member1借了1本书
    member2.borrowBook();  // member2借了1本书
    member1.borrowBook();  // member1又借了1本书

    cout << "memeber1 Info " << endl;
    member1.showBorrowInfo() ;  // 显示member1的信息
    cout << "memeber2 Info " << endl;
    member2.showBorrowInfo();  // 显示member2的信息

    return 0;
}

输出结果：

cpp 复制代码

memeber1 Info 
You have borrowed 2 books.
The liberary has loand out 3 book in total.
memeber2 Info 
You have borrowed 1 books.
The liberary has loand out 3 book in total.

分析：

个人借书记录（非静态成员变量） ：每个**LibraryMember** 对象有自己独立的借书记录。member1 借了2本书，而**member2**借了1本书，他们各自的记录是独立的。
总借书数（静态成员变量）：所有成员共享一个总借书数，不管是哪个成员借了书，这个总借书数都会增加。

静态的现实意义：

**static**就像图书馆的总借书统计，它不会因为某个会员的加入或离开而被重新设置或注销，始终保持一个全局的、共享的状态。这类似于生活中我们对一些全局、共享数据的统计与追踪，所有人都可以贡献，但数据是统一维护的。

静态成员变量

静态成员变量（类的静态变量）属于整个类，而不是某个具体的对象。它们在所有对象中共享，也就是说，不管创建了多少个类对象，静态成员变量在内存中只有一份，且对所有对象都是共用的。

作用：用于存储类的全局状态，所有对象共享该状态。

cpp 复制代码

class MyClass {
public:
    static int staticVar;
    MyClass() { staticVar++; }  // 每次创建对象时都会递增
};

int MyClass::staticVar = 0;  // 静态变量需要在类外初始化

int main() {
    MyClass obj1;
    MyClass obj2;
    cout << MyClass::staticVar;  // 输出 2
}

2. 静态成员函数

静态成员函数和静态成员变量类似，它们属于整个类，而不是某个对象。静态成员函数只能访问静态成员变量，不能访问非静态成员变量，因为非静态成员变量依赖于具体的对象实例。

作用：用于不依赖对象的功能实现，比如操作静态成员变量。

cpp 复制代码

class MyClass {
public:
    static int staticVar;
    static void printStaticVar() {
        cout << staticVar << endl;  // 可以访问静态变量
    }
};

int MyClass::staticVar = 0;

int main() {
    MyClass::printStaticVar();  // 直接通过类名调用静态函数
}

3. 静态局部变量

在函数内部，static 局部变量的生命周期贯穿整个程序的执行，而不仅仅是在函数调用期间。它在函数第一次被调用时初始化，并在程序的整个生命周期内保持其值。

作用：用于需要在函数多次调用时保持其状态的场景。

cpp 复制代码

void countCalls() {
    static int count = 0;  // 只初始化一次
    count++;
    cout << "This function has been called " << count << " times" << endl;
}

int main() {
    countCalls();  // 输出 1
    countCalls();  // 输出 2
    countCalls();  // 输出 3
}

4. 静态全局变量

static 修饰的全局变量（在函数或类外定义）只能在定义它的文件中访问，无法被其他文件访问。这是一种用于控制链接的方式，通常用于实现模块间的数据隔离，防止名称冲突。

作用：用于在一个源文件中定义只对该文件可见的变量。

cpp 复制代码

static int fileVar = 0;  // 只能在当前文件中使用

5. 静态函数（文件作用域）

类似于静态全局变量，static 修饰的函数只能在定义它的文件中使用。这在大型项目中非常有用，因为它可以防止不同文件中的函数名冲突。

作用：用于限制函数的可见性，使其仅在定义的文件中可用。

cpp 复制代码

static void helperFunction() {
    // 只能在当前文件中调用
}

6. 使用场景总结

共享类成员：静态成员变量和静态成员函数在类的不同实例之间共享数据。
维护函数状态：静态局部变量用于在函数调用之间保持状态。
文件级作用域：静态全局变量和静态函数用于实现文件内的变量和函数封装，避免命名冲突。
效率提升：静态成员函数可以在不创建对象的情况下直接调用，减少对象的开销。

static 在C++中用于控制变量或函数的生命周期 和作用域，在代码优化、模块化设计等方面发挥着重要作用。