C++面试基础之static关键字详解

什么是static关键字

在C++中，static是一个关键字，用于表示类成员或者函数是静态的。静态成员是指属于类的成员，在类被加载时已经分配了内存，并不依赖于实例，而是共享内存的。静态成员被所有类的对象所共享，也可以通过类名直接访问。

static关键字的用法和作用

静态成员变量

声明静态成员变量时需要在前面加上static关键字。静态成员变量存在于类的作用域中，但是它在所有的类对象实例化中只存在一份内存。通过类名直接访问该变量，可以不用实例化对象。

class MyClass {
public:
    static int staticMember;
};

int MyClass::staticMember = 0;

int main(){
    MyClass obj1;
    MyClass obj2;
    obj1.staticMember = 10;
    cout << obj2.staticMember << endl; //输出为10
}

在该示例中，staticMember是MyClass的静态成员变量，被所有实例所共享。每个变量都可以通过类名或者对象来访问这个变量。由于是静态变量，当我们通过obj1实例改变了变量的值后，在无需创建任何新的实例对象的情况下，我们可以看到对象obj2也能访问到新的值。

静态成员函数

类中的成员函数也可以被定义为静态函数。声明静态成员函数时也需要在前面加上static关键字。静态函数不依赖于对象，可以通过类名或对象直接访问该函数，不会包含this指针。静态函数被所有的实例所共享。

class MyClass {
public:
    static void staticMemberFunction(){
        cout << "This is a static member function." << endl;
    }
};

int main() {
    MyClass::staticMemberFunction(); //通过类名直接访问静态函数
    MyClass obj;
    obj.staticMemberFunction(); //通过实例对象访问静态函数
}

static关键字的使用场景

统计对象的数量

在使用类时，有时候需要知道创建了多少个对象。我们可以使用静态成员变量来记录创建的对象的数量。

class MyClass {
private:
    static int count;
public:
    MyClass() {
        count++;
    }
    static int getCount() {
        return count;
    }
};

int MyClass::count = 0;

int main() {
    MyClass obj1;
    cout << MyClass::getCount() << endl; //输出为1
    MyClass obj2;
    cout << MyClass::getCount() << endl; //输出为2
}

缓存中的数据

在使用一些数据时，我们希望它们只被读取一次并缓存起来，这时可以使用静态成员变量来实现。

class Cache {
private:
    static int data;
    static bool isDataLoaded;
public:
    static int getData() {
        if (!isDataLoaded) {
            loadData();
            isDataLoaded = true;
        }
        return data;
    }
private:
    static void loadData() {
        data = 12345678;
    }
};

int Cache::data = 0;
bool Cache::isDataLoaded = false;

int main() {
    cout << Cache::getData() << endl; //输出为12345678
    cout << Cache::getData() << endl; //输出为12345678
}

在该示例中，data和isDataLoaded都是静态成员变量。当第一次调用getData()函数时，如果数据没有被加载，静态成员变量isDataLoaded还是false，这时会调用loadData()函数来加载数据。加载完成数据后，我们将isDataLoaded设置成true，以后每次调用getData()函数时会直接返回缓存中的数据。这种方式可以提高程序的效率和响应速度。

总结

static关键字可以用于类的静态成员变量和静态成员函数。静态成员在类被定义时就已经分配了内存，并且被所有实例共享。静态成员变量可以用于统计类的实例数量或者用于对一些数据进行缓存，提高程序响应速度。静态成员函数一般用于不依赖于对象，不需要通过实例来调用的函数。