Статические члены и модификатор static. Статические члены класса C обратиться к объекту из статического

Последнее обновление: 08.10.2017

Кроме переменных и методов, которые относятся непосредственно к объекту, C++ позволяет определять переменные и методы, которые относятся непосредственно к классу или иначе говоя статические члены класса. Статические переменные и методы относят в целом ко всему классу. Для их определения используется ключевое слово static .

Например, в банке может быть множество различных вкладов, однако все вклады будут иметь какие-то общие процентные ставки. Так, для описания банковского счета определим и используем следующий класс:

#include class Account { public: Account(double sum) { this->sum = sum; } static int getRate() { return rate; } static void setRate(int r) { rate = r; } double getIncome() { return sum + sum * rate / 100; } private: double sum; static int rate; }; int Account::rate = 8; int main() { Account account1(20000); Account account2(50000); Account::setRate(5); // переустанавливаем значение rate std::cout << "Rate: " << Account::getRate() << std::endl; std::cout << "Rate: " << account1.getRate() << " Income: " << account1.getIncome() << std::endl; std::cout << "Rate: " << account2.getRate() << " Income: " << account2.getIncome() << std::endl; return 0; }

В классе Account определена одна статическая переменная rate и две статических функции для управления этой переменной. При определении статических функций стоит учитывать, что внутри них мы можем использовать только статические переменные класса, как например, переменную rate. Нестатические переменные использовать в статических функциях нельзя.

Кроме того, в статических функциях нельзя использовать указатель this, что в принципе и так очевидно, так как this указывает на текущий объект, а статические функции относятся вцелом ко всему классу.

Также важно, что если класс содержит статические переменные, то они должны быть дополнительно определены вне класса:

Int Account::rate = 8;

Присваивать начальное значение переменной необязательно.

Также стоит отметить, что так как статические члены относятся в целом ко всему классу, то для обращения к статическим членам используется имя класса, после которого идет оператор :: . Либо мы можем также обращаться к публичным членам класса через переменные данного класса:

Account::getRate() account1.getRate()

Консольный вывод программы:

Rate: 5 Rate: 5 Income: 21000 Rate: 5 Income: 52500

Также нередко в классах используют статические константы. Например, сделаем в классе Account переменную rate константой:

#include class Account { public: const static int rate = 8; Account(double sum) { this->sum = sum; } double getIncome() { return sum + sum * rate / 100; } private: double sum; }; int main() { Account account1(20000); Account account2(50000); std::cout << "Rate: " << account1.rate << "\tIncome: " << account1.getIncome() << std::endl; std::cout << "Rate: " << account2.rate << "\tIncome: " << account2.getIncome() << std::endl; return 0; }

В отличие от статических переменных статические константы не нужно дополнительно определять вне класса.

Большинство ключевых слов C++ позволяют сделать одну вещь. Вы используете int для объявления целочисленной переменной, или тогда, когда функция возвращает целое значение, или принимает целое число в качестве аргумента. Вы используете оператор new для выделения памяти, а оператор delete — для ее освобождения. Вы можете использовать const для указания, что значение переменной не может быть изменено. По иронии судьбы, ключевое слово static , хотя и означает «неизменный», имеет несколько (и, видимо, не связанных между собой) способов использования. Ключевое слово static может быть использовано в трех основных контекстах:

• внутри функции;
• внутри определения класса;
• перед глобальной переменной внутри файла, составляющего многофайловую программу.

Использование static внутри функции является самым простым. Это просто означает, что после того, как переменная была инициализирована, она остается в памяти до конца программы. Вы можете думать об этом, как о переменной, которая хранит свое значение до полного завершения программы. Например, вы можете использовать статическую переменную для записи количества раз, когда функция была вызвана, просто добавив строки static int count = 0; и count++; в функцию. Так как count является статической переменной, строка static int count = 0; будет выполняться только один раз. Всякий раз, когда функция вызывается, count будет иметь последнее значение, данное ему.

Вы также можете использовать static таким образом, чтобы предотвратить переинициализацию переменной внутри цикла. Например, в следующем коде переменная number_of_times будет равна 100, несмотря на то что строка static int number_of_times = 0; находится внутри цикла, где она, по-видимому, должна исполнятся каждый раз, когда программа доходит до цикла. Хитрость заключается в том, что ключевое слово static препятствует повторной инициализации переменной. Одной из особенностей использования ключевого слова static является то, что оно автоматически устанавливает переменную в ноль для вас — но не полагайтесь на это (это делает ваши намерения неясными).

For(int ix=0; ix < 10; ix++) { for(int iy = 0; iy < 10; iy++) { static int number_of_times = 0; number_of_times++; } }

Вы можете использовать статические переменные для сохранения информации о последнем значении возвращенной функции, например, если вы хотите сохранить максимальное значение, рассчитанное по функции. Если вы делаете разбор строки, вы можете также хранить последний знак, возвращенный функцией, для того, чтобы иметь возможность вызвать ее с аргументом, означающим, что она должна вернуть последний знак.

Второе использование static — внутри определения класса. Хотя большинство переменных, объявленных внутри класса могут иметь разное значение в каждом экземпляре класса, статические поля класса будут иметь то же значение для всех экземпляров данного класса и даже не обязательно создавать экземпляр этого класса. Полезно представить себе, что статические переменные класса содержат информацию, необходимую для создания новых объектов (например в фабрике классов). Например, если вы хотите пронумеровать экземпляры класса, можно использовать статическую переменную для отслеживания последнего используемого номера. Важно отметить, что хорошим тоном при использовании статических переменных класса является использование class_name::х; , а не instance_of_class.x; . Это помогает напомнить программисту, что статические переменные не принадлежат к одному экземпляру класса, и что вам не обязательно создавать экземпляр этого класса. Как вы уже, наверное, заметили, для доступа к static можно использовать оператор области видимости, :: , когда вы обращаетесь к нему через имя класса.

Важно иметь в виду, при отладке или реализации программы с использованием static , что вы не можете инициализировать его внутри класса. В самом деле, если вы решите написать весь код класса в файл заголовка, вы даже не сможете инициализировать статическую переменную внутри файла заголовка; сделайте это в файле.cpp . Кроме того, вам необходимо инициализировать статические члены класса, или их не будет в области видимости. (Синтаксис немного странный: type class_name::static_variable = value .)

У вас также могут быть статические функции класса. Статические функции — это функции, которые не требуют экземпляра класса и вызываются так же, по аналогии со статическими переменным, с именем класса, а не с именем объекта. Например, a_class::static_function(); , а не an_instance.function(); . Статические функции могут работать только со статическими членами класса, так как они не относятся к конкретным экземплярам класса. Статические функции могут быть использованы для изменения статических переменных, отслеживать их значения — например, вы можете использовать статическую функцию, если вы решили использовать счетчик, чтобы дать каждому экземпляру класса уникальный идентификатор.

Например, вы можете использовать следующий код:

Class user { private: int id; static int next_id; public: static int next_user_id() { next_id++; return next_id; } // остальные методы для класса user user() // конструктор класса { id = user::next_id++; // или вызов метода, id = user.next_user_id(); } }; int user::next_id = 0;

Обратите внимание, что вы должны включать тип статической переменной, когда вы устанавливаете его!

User a_user;

установит идентификатор на следующий идентификационный номер, не используемый любым другим объектом user . Обратите внимание, что это хороший стиль объявления идентификатора как константы.

Последнее использование static — глобальная переменная в файле кода. В этом случае использование static указывает, что исходный код в других файлах, которые являются частью проекта, не может получить доступ к переменной. Только код внутри того же файла может увидеть переменную (её область видимости ограничена файлом). Эта техника может быть использована для моделирования объектно-ориентированного кода, потому что она ограничивает видимость переменных и таким образом помогает избежать конфликта имен. Этот способ использования static является пережитком Cи.

Члены класса могут использоваться с ключевым словом static. В данном контексте его значение сходно с тем, которое оно имеет в С. Когда член класса объявляется как статический, то тем самым компилятору дается указание, что должна существовать только одна копия этого члена, сколько бы объектов этого класса ни создавалось. Статический член используется совместно все­ми объектами данного класса. Все статические данные инициализируются нулями при создании первого объекта, и другая инициализация не предусмотрена.

При объявлении статического члена данных класса этот член не определяется. Вместо этого необходимо обеспечить для них глобальное определение вне класса. Это делается путем нового объявления статической переменной, причем используется оператор области видимости для того, чтобы идентифицировать тот класс, к которому принадлежит переменная. Это необходимо для того, чтобы под статическую переменную была выделена память.

В качестве примера рассмотрим следующую программу:

#include
class counter {
static int count;
public:
void setcount(int i) {count = i;};
void showcount () {cout << count << " "; }
};
int counter::count; // определение count
int main() {
counter a, b;
a.showcount (); // выводит 0
b.showcount (); // выводит 0
a.setcount (10); // установка статического count в 10
a.showcount (); // выводит 10
b.showcount (); // также выводит 10
return 0;
}

В первую очередь обратим внимание на то, что статическая переменная целого типа count объяв­ляется в двух местах: в классе counter и затем - как глобальная переменная. Borland С++ иници­ализирует count нулем. Именно поэтому первый вызов showcount() выводит в качестве результата нуль. Затем объект а устанавливает count равным 10. После этого оба объекта а и b выводят с помощью функции showcount() одну и ту же величину, равную 10. Поскольку существует только одна копия count, используемая совместно объектами а и b, то на экран выводится в обоих слу­чаях значение 10.

Также можно иметь статические функции-члены. Статические функции-члены не могут прямо ссылаться на нестатические данные или нестатические функции, объявленные в их классе. Причи­ной тому является отсутствие для них указателя this, так что нет способа узнать, с какими именно нестатическими данными работать. Например, если имеется два объекта класса, содержащие стати­ческую функцию f(), и если f() пытается получить доступ к нестатической переменной var, опреде­ленной этим классом, то как можно определить, какую именно копию var следует использовать? Компилятор не может решить такую проблему. В этом заключается причина того, что статичес­кие функции могут обращаться только к другим статическим функциям или статическим данным. Также статические функции не могут быть виртуальными или объявляться с модификаторами const иди volatile. Статическая функция может вызываться либо с использованием объекта класса, либо с использованием имени класса и оператора области видимости. Тем не менее не надо забы­вать, что даже при вызове статической функции с использованием объекта, ей не передается указатель this.

Следующая короткая программа иллюстрирует один из многих способов использования стати­ческих функций. Достаточно распространенной является ситуация, когда требуется обеспечить доступ к ограниченному ресурсу, например, такому, как совместно используемый файл в сети. Как иллюстрирует эта программа, использование статических данных и функций служит мето­дом, посредством которого объект может проверить статус ресурса и получить к нему доступ, если это возможно.

#include


class access {
static enum access_t acs;
// ...
public:


{
return acs;
}
// ...
};

int main()
{
access obj1, obj2;
access::set_access(locked); // вызов с использованием имени класса
// ... код

if (obj2.get_access()==unlocked) { // вызов с помощью объекта

cout << "Access resource.\n";
}
else cout << "Locked out.\n";
// ...
return 0;
}

При запуске этой программы на экране появится «locked out». Обратим внимание, что функция set_access() вызвана с именем класса и оператором области видимости. Функция get_access() вы­звана с объектом и оператором «точка». При вызове статической функции может использовать­ся любая из этих форм и обе они дают одинаковый эффект. Стоит поэкспериментировать немно­го с этой программой, чтобы убедиться в правильности понимания хода ее работы.

Как отмечалось, статические функции имеют прямой доступ только к другим статическим фун­кциям или статическим данным в пределах одного и того же класса. Чтобы проверить это, по­пробуем откомпилировать следующую версию программы:

// данная программа содержит ошибку и не будет компилироваться
#include
enum access_t {shared, in_use, locked, unlocked};
// класс контролирует редкий ресурс
class access {
static enum access_t acs;
int i; // не статический
// ...
public:
static void set_access (enum access_t a) {acs = a;}
static enum access_t get_access()
{
i = 100; // не будет компилироваться
return acs;
}
// ...
};
enum access_t access::acs; // определение acs
int main()
{
access obj1, obj2;
access::set_access(locked); // вызов с помощью имени класса
// ... код
// может ли obj2 обращаться к ресурсу
if(obj2.get_access()==unlocked) { // вызов с помощью объекта
access::set_access(in_use); // вызов с помощью имени класса
cout << "Access resource.\n";
}
else cout << "Locked out.\n";
// ...
}

Эта программа не будет откомпилирована, поскольку функция get_access() пытается получить доступ к нестатической переменной.

Сперва не ощущается необходимости в немедленном использовании статических членов, но по мере накопления опыта программирования на С++ они становятся очень удобным средством в определенных ситуациях, поскольку позволяют избежать использования глобальных переменных.

Кроме модификатора доступа, перед названием поля, метода или свойства можно написать ключевое слово static .
«static » означает, что данное поле, метод или свойство будет принадлежать не каждому объекту класса, а всем им вместе.

Классический пример: как определить, сколько объектов одного класса было создано? Для решения данного вопроса, как раз и служат статические поля и методы .

Давайте разберем на примере с тиграми. Определим класс «Tiger ». Если мы запишем поле класса вот так: public int count; то данное поле будет у каждого объекта, и у каждого объекта оно будет своё. Причем, если не создано ни одного объекта, то это поле не будет существовать вообще.
Поэтому cделаем это поле статическим (static ).

Создадим конструктор, в котором будем увеличить счетчик count при создании каждого нового объекта:
public Tiger() { count++; }.
Здесь же мы можем задавать индивидуальные характеристики тигра: вес, рост, кличка.

Также напишем статический метод, который выводит количество созданных объектов:
public static void ShowNumberOfObjects().

Тогда в нашем консольном приложении будут два класса:

Public class Tiger { public static int count; public Tiger() { count++; } public static void ShowNumberOfObjects() { Console.WriteLine("Тигров = {0}", Tiger.count.ToString()); } } class Program { static void Main(string args) { // Чему равно число тигров без создания объектов? Tiger.ShowNumberOfObjects(); // 0, т.к. мы пока не создали объекты // Создадим 3 тигров Tiger t1 = new Tiger (); Tiger t2 = new Tiger (); Tiger t3 = new Tiger (); Tiger.ShowNumberOfObjects(); // выйдет 3 тигра Console.ReadLine(); } }

Результат: 3.

Вывод. Статический метод позволяет вызывать его, не имея в наличии ни одного объекта. Вместо имени объекта при вызове метода указывается имя класса Tiger: Tiger.ShowNumberOfObjects();

Отличия статического метода от нестатического:

1. Для вызова статического метода не нужен объект.
2. Внутри статического метода недоступна переменная this, указывающая на объект, соответственно недоступны все нестатические поля этого класса, т.к. как нет объекта.
3. Внутри обычного метода доступны как статические, так и нестатические поля.
4. Начиная с C# 4.0 появилась возможность и сам класс сделать статическим.

Иногда создают классы, которые состоят только из статических методов, как, например, класс Math. По сути, такие классы являются контейнерами глобальных функций, однако это отходит от концепции ООП. Также нельзя будет создавать, соответственно, и экземпляры статического класса.

Теперь разберемся с понятием «структура» и выясним ее отличие от класса.

Последнее обновление: 25.12.2018

Кроме обычных полей, методов, свойств класс может иметь статические поля, методы, свойства. Статические поля, методы, свойства относятся ко всему классу и для обращения к подобным членам класса необязательно создавать экземпляр класса. Например:

Class Account { public static decimal bonus = 100; public decimal totalSum; public Account(decimal sum) { totalSum = sum + bonus; } } class Program { static void Main(string args) { Console.WriteLine(Account.bonus); // 100 Account.bonus += 200; Account account1 = new Account(150); Console.WriteLine(account1.totalSum); // 450 Account account2 = new Account(1000); Console.WriteLine(account2.totalSum); // 1300 Console.ReadKey(); } }

В данном случае класс Account имеет два поля: bonus и totalSum. Поле bonus является статическим, поэтому оно хранит состояние класса в целом, а не отдельного объекта. И поэтому мы можем обращаться к этому полю по имени класса:

Console.WriteLine(Account.bonus); Account.bonus += 200;

На уровне памяти для статических полей будет создаваться участок в памяти, который будет общим для всех объектов класса.

При этом память для статических переменных выделяется даже в том случае, если не создано ни одного объекта этого класса.

Статические свойства и методы

Подобным образом мы можем создавать и использовать статические методы и свойства:

Class Account { public Account(decimal sum, decimal rate) { if (sum < MinSum) throw new Exception("Недопустимая сумма!"); Sum = sum; Rate = rate; } private static decimal minSum = 100; // минимальная допустимая сумма для всех счетов public static decimal MinSum { get { return minSum; } set { if(value>0) minSum = value; } } public decimal Sum { get; private set; } // сумма на счете public decimal Rate { get; private set; } // процентная ставка // подсчет суммы на счете через определенный период по определенной ставке public static decimal GetSum(decimal sum, decimal rate, int period) { decimal result = sum; for (int i = 1; i <= period; i++) result = result + result * rate / 100; return result; } }

Переменная minSum, свойство MinSum, а также метод GetSum здесь определены с ключевым словом static , то есть они являются статическими.

Переменная minSum и свойство MinSum представляют минимальную сумму, которая допустима для создания счета. Этот показатель не относится к какому-то конкретному счету, а относится ко всем счетам в целом. Если мы изменим этот показатель для одного счета, то он также должен измениться и для другого счета. То есть в отличии от свойств Sum и Rate, которые хранят состояние объекта, переменная minSum хранит состояние для всех объектов данного класса.

То же самое с методом GetSum - он вычисляет сумму на счете через определенный период по определенной процентной ставке для определенной начальной суммы. Вызов и результат этого метода не зависит от конкретного объекта или его состояния.

Таким образом, переменные и свойства, которые хранят состояние, общее для всех объектов класса, следует определять как статические. И также методы, которые определяют общее для всех объектов поведение, также следует объявлять как статические.

Статические члены класса являются общими для всех объектов этого класса, поэтому к ним надо обращаться по имени класса:

Следует учитывать, что статические методы могут обращаться только к статическим членам класса. Обращаться к нестатическим методам, полям, свойствам внутри статического метода мы не можем.

Нередко статические поля применяются для хранения счетчиков. Например, пусть у нас есть класс User, и мы хотим иметь счетчик, который позволял бы узнать, сколько объектов User создано:

Class User { private static int counter = 0; public User() { counter++; } public static void DisplayCounter() { Console.WriteLine($"Создано {counter} объектов User"); } } class Program { static void Main(string args) { User user1 = new User(); User user2 = new User(); User user3 = new User(); User user4 = new User(); User user5 = new User(); User.DisplayCounter(); // 5 Console.ReadKey(); } }

Статический конструктор

Кроме обычных конструкторов у класса также могут быть статические конструкторы. Статические конструкторы имеют следующие отличительные черты:

Статические конструкторы не должны иметь модификатор доступа и не принимают параметров

Как и в статических методах, в статических конструкторах нельзя использовать ключевое слово this для ссылки на текущий объект класса и можно обращаться только к статическим членам класса

Статические конструкторы нельзя вызвать в программе вручную. Они выполняются автоматически при самом первом создании объекта данного класса или при первом обращении к его статическим членам (если таковые имеются)

Статические конструкторы обычно используются для инициализации статических данных, либо же выполняют действия, которые требуется выполнить только один раз

Определим статический конструктор:

Class User { static User() { Console.WriteLine("Создан первый пользователь"); } } class Program { static void Main(string args) { User user1 = new User(); // здесь сработает статический конструктор User user2 = new User(); Console.Read(); } }

Статические классы

Статические классы объявляются с модификатором static и могут содержать только статические поля, свойства и методы. Например, если бы класс Account имел бы только статические переменные, свойства и методы, то его можно было бы объявить как статический:

Static class Account { private static decimal minSum = 100; // минимальная допустимая сумма для всех счетов public static decimal MinSum { get { return minSum; } set { if(value>0) minSum = value; } } // подсчет суммы на счете через определенный период по определенной ставке public static decimal GetSum(decimal sum, decimal rate, int period) { decimal result = sum; for (int i = 1; i <= period; i++) result = result + result * rate / 100; return result; } }

В C# показательным примером статического класса является класс Math, который применяется для различных математических операций.