c++中的静态成员变量

转载请注明文章出处： https://tlanyan.me/static-member-in-cpp

C++的 static 关键字可修饰 类 成员变量/方法，表示变量/方法不从属于特定对象，而是属于类的。仔细琢磨静态成员变量，会发现其与C++的方式既相容也矛盾，具有特殊性。

先说相容的一面。·C/C++·有声明和定义的说法：声明给出签名，定义给出具体实现。对 类型 而言， 声明 不一定能知道其对象占用空间大小，但根据 定义 肯定能确定内存占用。说静态成员与C++方式是相容的，因为其 初始化方式 与方法的定义一致。下面是一个例子：

// Foo.hpp
namespace tlanyan {
  // 类声明和定义
  class Foo {
  private:
    // 声明并定义静态成员
    static int value;
  public:
    // 方法声明
    void increaseValue();
    int getValue() const;
  };
}

// Foo.cpp
namespace tlanyan {
  // 静态成员变量初始化
  int Foo::value = 0;
  // 类方法定义
  void Foo::increaseValue() {
    ++ value;
  }
  int Foo::getValue() {
    return value;
  }
}

相对于相容点，静态成员变量更多展现出怪异的一面,以下是个人总结：

1. 静态成员不能在类中初始化；非静态成员可直接初始化，静态成员在声明的同时也给出了定义，但就是不能在类中定义处直接初始化。辅以 const 的静态成员可以直接初始化，但那是 const 的能力而非 static 所有；
2. 对静态成员初始化，需要在类之外重新定义一次；如上例所示，静态成员初始化的形式如同其定义，需加上类型信息 int ；好处时保证只能初始化一次，缺点则是繁琐的重新定义；
3. 初始化时不受访问修饰符限制； private 类型的静态成员可直接访问并赋值；
4. 静态成员初始化时可调用函数，并且可以直接调用 所属类的私有函数 ；

其中第4点比较重要。在不支持C++11的编译器上，要完成静态 map 成员，就不得不借助函数返回:

#include <map>
// 类定义
class Foo {
private:
  std::map<const char*, int> maps;
  ...
}
// 静态成员初始化
std::map<const char*, int> Foo::maps = Foo::initMap();
// 或者使用全局函数
std::map<const char*, int> Foo::maps = initMap();

C++11 引入了统一初始化和 lambda 表达式，初始化的写法更为简单：

// 统一初始化
std::map<const char*, int> Foo::maps {
  {"a", 31},
  {"b", 32}
};
// lambda表达式方式
std::map<const char*, int> Foo::maps = [] {
  map<const char*, int> _map;
  _map.insert(map<const char*, int>::value_type("a", 31));
 _map.insert(map<const char*, int>::value_type("a", 32));
  return _map;
}();

静态成员的这些异常行为很容易联想到 全局变量 ，两者有许多相通的地方:在程序启动前完成初始化，在程序终止后销毁；存放的地方都是静态存储区而非堆栈；通过名字空间操作符获取值；在非函数块内通过函数调用或者lambda表达式完成初始化…

虽然各种面向对象编程语言都有静态变量，并且使用比例不低。但从 面向对象 的角度，静态成员是另一种形式的全局变量，其破坏了隔离和封装，增加了类之间的耦合，让测试变得更困难。实际编程中，应当慎用全局变量，并收紧其访问权限。

所以本质上静态成员也是全局变量，只是归属到特定类的名下。