C++ static靜態成員變量

對象的內存中包含了成員變量，不同的對象占用不同的內存，這使得不同對象的成員變量相互獨立，它們的值不受其他對象的影響。例如有兩個相同類型的對象 a、b，它們都有一個成員變量 m_name，那麼修改 a.m_name 的值不會影響 b.m_name 的值。

可是有時候我們希望在多個對象之間共享數據，對象 a 改變了某份數據後對象 b 可以檢測到。共享數據的典型使用場景是計數，以前面的 Student 類為例，如果我們想知道班級中共有多少名學生，就可以設置一份共享的變量，每次創建對象時讓該變量加 1。

在C++中，我們可以使用靜態成員變量來實現多個對象共享數據的目標。靜態成員變量是一種特殊的成員變量，它被關鍵字static修飾，例如：

class Student{
public:
    Student(char *name, int age, float score);
    void show();
public:
    static int m_total;  //靜態成員變量
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
};

這段代碼聲明了一個靜態成員變量 m_total，用來統計學生的人數。

static 成員變量屬於類，不屬於某個具體的對象，即使創建多個對象，也只為 m_total 分配一份內存，所有對象使用的都是這份內存中的數據。當某個對象修改了 m_total，也會影響到其他對象。

static 成員變量必須在類聲明的外部初始化，具體形式為：

type class::name = value;

type 是變量的類型，class 是類名，name 是變量名，value 是初始值。將上面的 m_total 初始化：

int Student::m_total = 0;

靜態成員變量在初始化時不能再加 static，但必須要有數據類型。被 private、protected、public 修飾的靜態成員變量都可以用這種方式初始化。

注意：static 成員變量的內存既不是在聲明類時分配，也不是在創建對象時分配，而是在（類外）初始化時分配。反過來說，沒有在類外初始化的 static 成員變量不能使用。

static 成員變量既可以通過對象來訪問，也可以通過類來訪問。請看下面的例子：

//通過類類訪問 static 成員變量
Student::m_total = 10;
//通過對象來訪問 static 成員變量
Student stu("小明", 15, 92.5f);
stu.m_total = 20;
//通過對象指針來訪問 static 成員變量
Student *pstu = new Student("李華", 16, 96);
pstu -> m_total = 20;

這三種方式是等效的。

注意：static 成員變量不占用對象的內存，而是在所有對象之外開辟內存，即使不創建對象也可以訪問。具體來說，static 成員變量和普通的 static 變量類似，都在內存分區中的全局數據區分配內存，不了解的讀者請閱讀《C語言和內存》專題。

下面來看一個完整的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

class Student{
public:
    Student(char *name, int age, float score);
    void show();
private:
    static int m_total;  //靜態成員變量
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
};

//初始化靜態成員變量
int Student::m_total = 0;

Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){
    m_total++;  //操作靜態成員變量
}
void Student::show(){
    cout<<m_name<<"的年齡是"<<m_age<<"，成績是"<<m_score<<"（當前共有"<<m_total<<"名學生）"<<endl;
}

int main(){
    //創建匿名對象
    (new Student("小明", 15, 90)) -> show();
    (new Student("李磊", 16, 80)) -> show();
    (new Student("張華", 16, 99)) -> show();
    (new Student("王康", 14, 60)) -> show();

    return 0;
}

運行結果：
小明的年齡是15，成績是90（當前共有1名學生）
李磊的年齡是16，成績是80（當前共有2名學生）
張華的年齡是16，成績是99（當前共有3名學生）
王康的年齡是14，成績是60（當前共有4名學生）

本例中將 m_total 聲明為靜態成員變量，每次創建對象時，會調用構造函數使 m_total 的值加 1。

之所以使用匿名對象，是因為每次創建對象後只會使用它的 show() 函數，不再進行其他操作。不過使用匿名對象無法回收內存，會導致內存洩露，在中大型程序中不建議使用。

幾點說明 

1) 一個類中可以有一個或多個靜態成員變量，所有的對象都共享這些靜態成員變量，都可以引用它。

2) static 成員變量和普通 static 變量一樣，都在內存分區中的全局數據區分配內存，到程序結束時才釋放。這就意味著，static 成員變量不隨對象的創建而分配內存，也不隨對象的銷毀而釋放內存。而普通成員變量在對象創建時分配內存，在對象銷毀時釋放內存。

3) 靜態成員變量必須初始化，而且只能在類體外進行。例如：

int Student::m_total = 10;

初始化時可以賦初值，也可以不賦值。如果不賦值，那麼會被默認初始化為 0。全局數據區的變量都有默認的初始值 0，而動態數據區（堆區、棧區）變量的默認值是不確定的，一般認為是垃圾值。

4) 靜態成員變量既可以通過對象名訪問，也可以通過類名訪問，但要遵循 private、protected 和 public 關鍵字的訪問權限限制。當通過對象名訪問時，對於不同的對象，訪問的是同一份內存。