Статические члены класса
Иногда нужно, чтобы все объекты некоторого класса имели доступ к единственному глобальному объекту. Допустим, необходимо подсчитать, сколько их было создано; глобальным может быть указатель на процедуру обработки ошибок для класса или, скажем, указатель на свободную память для его объектов. В подобных случаях более эффективно иметь один глобальный объект, используемый всеми объектами класса, чем отдельные члены в каждом объекте. Хотя такой объект является глобальным, он существует лишь для поддержки реализации абстракции класса.
В этой ситуации приемлемым решением является статический член класса, который ведет себя как глобальный объект, принадлежащий своему классу. В отличие от других членов, которые присутствуют в каждом объекте как отдельные элементы данных, статический член существует в единственном экземпляре и связан с самим типом, а не с конкретным его объектом. Это разделяемая сущность, доступная всем объектам одного класса.
По сравнению с глобальным объектом у статического члена есть следующие преимущества:
- статический член не находится в глобальном пространстве имен программы, следовательно, уменьшается вероятность случайного конфликта имен с другими глобальными объектами;
- остается возможность сокрытия информации, так как статический член может быть закрытым, а глобальный объект – никогда.
- статический член может принадлежать к типу того же класса, членом которого он является. Нестатические объявляются лишь как указатели или ссылки на объект своего класса:
- статический член может выступать в роли аргумента по умолчанию для функции-члена класса, а для нестатического это запрещено:
Чтобы сделать член статическим, надо поместить в начале его объявления в теле класса ключевое слово static. К ним применимы все правила доступа к открытым, закрытым и защищенным членам. Например, для определенного ниже класса Account член _interestRate объявлен как закрытый и статический типа double:
class Account { // расчетный счет
Account( double amount, const string &owner );
string owner() { return _owner; }
private:
static double _interestRate; // процентная ставка
double _amount; // сумма на счету
string _owner; // владелец
};
Почему _interestRate сделан статическим, а _amount и _owner нет? Потому что у всех счетов разные владельцы и суммы, но процентная ставка одинакова. Следовательно, объявление члена _interestRate статическим уменьшает объем памяти, необходимый для хранения объекта Account.
Хотя текущее значение _interestRate для всех счетов одинаково, но со временем оно может изменяться. Поэтому мы решили не объявлять этот член как const. Достаточно модифицировать его лишь один раз, и с этого момента все объекты Account будут видеть новое значение. Если бы у каждого объекта была собственная копия, то пришлось бы обновить их все, что неэффективно и является потенциальным источником ошибок.
В общем случае статический член инициализируется вне определения класса. Его имя во внешнем определении должно быть специфицировано именем класса. Вот так можно инициализировать _interestRate:
// явная инициализация статического члена класса
#include "account.h"
double Account::_interestRate = 0.0589;
В программе может быть только одно определение статического члена. Это означает, что инициализацию таких членов следует помещать не в заголовочные файлы, а туда, где находятся определения невстроенных функций-членов класса.
В объявлении статического члена можно указать любой тип. Это могут быть константные объекты, массивы, объекты классов и т.д. Например:
#include <string>
class Account {
// ...
private:
static const string name;
};
const string Account::name( "Savings Account" );
Константный статический член целого типа инициализируется константой внутри тела класса: это особый случай. Если бы для хранения названия счета мы решили использовать массив символов вместо строки, то его размер можно было бы задать с помощью константного члена типа int:
// заголовочный файл
class Account {
//...
private:
static const int nameSize = 16;
static const string name[nameSize];
};
// исходный файл
const string Account::nameSize; // необходимо определение члена
const string Account::name[nameSize] = "Savings Account";
Отметим, что константный статический член целого типа, инициализированный константой, – это константное выражение. Проектировщик может объявить такой статический член, если внутри тела класса возникает необходимость в именованной константе. Например, поскольку константный статический член nameSize является константным выражением, проектировщик использует его для задания размера члена-массива с именем name.
Даже если такой член инициализируется в теле класса, его все равно необходимо задать вне определения класса. Однако поскольку начальное значение уже задано в объявлении, то при определении оно не указывается.
Так как name – это массив (и не целого типа), его нельзя инициализировать в теле класса. Попытка поступить таким образом приведет к ошибке компиляции:
class Account {
//...
private:
static const int nameSize = 16; // правильно: целый тип
static const string name[nameSize] = "Savings Account"; // ошибка
};
Член name должен быть инициализирован вне определения класса.
Обратите внимание, что член nameSize задает размер массива name в определении, находящемся вне тела класса:
const string Account::name[nameSize] = "Savings Account";
nameSize не квалифицирован именем класса Account. И хотя это закрытый член, определение name не приводит к ошибке. Как такое может быть? Определение статического члена аналогично определению функции-члена класса, которое может ссылаться на закрытые члены. Определение статического члена name находится в области видимости класса и может ссылаться на закрытые члены, после того как распознано квалифицированное имя Account::name. (Подробнее об области видимости класса мы поговорим в разделе 13.9.)
Статический член класса доступен функции-члену того же класса и без использования соответствующих операторов:
inline double Account::dailyReturn()
{
return( _interestRate / 365 * _amount );
}
Что же касается функций, не являющихся членами класса, то они могут обращаться к статическому члену двумя способами. Во-первых, посредством операторов доступа:
class Account {
// ...
private:
friend int compareRevenue( Account&, Account* );
// остальное без изменения
};
// мы используем ссылочный и указательный параметры,
// чтобы проиллюстрировать оба оператора доступа
int compareRevenue( Account &ac1, Account *ac2 );
{
double ret1, ret2;
ret1 = ac1._interestRate * ac1._amount;
ret2 = ac2->_interestRate * ac2->_amount;
// ...
}
Как ac1._interestRate, так и ac2->_interestRate относятся к статическому члену Account::_interestRate.
Поскольку есть лишь одна копия статического члена класса, до нее необязательно добираться через объект или указатель. Другой способ заключается в том, чтобы обратиться к статическому члену напрямую, квалифицировав его имя именем класса:
// доступ к статическому члену с указанием квалифицированного имени
if ( Account::_interestRate < 0.05 )
Если обращение к статическому члену производится без помощи оператора доступа, то его имя следует квалифицировать именем класса, за которым следует оператор разрешения области видимости:
Account::
Это необходимо, поскольку такой член не является глобальным объектом, а значит, в глобальной области видимости отсутствует. Следующее определение дружественной функции compareRevenue эквивалентно приведенному выше:
int compareRevenue( Account &ac1, Account *ac2 );
{
double ret1, ret2;
ret1 = Account::_interestRate * ac1._amount;
ret2 = Account::_interestRate * ac2->_amount;
// ...
}
Уникальная особенность статического члена – то, что он существует независимо от объектов класса, – позволяет использовать его такими способами, которые для нестатических членов недопустимы.
class Bar {
public:
// ...
private:
static Bar mem1; // правильно
Bar *mem2; // правильно
Bar mem3; // ошибка
};
extern int var;
class Foo {
private:
int var;
static int stcvar;
public:
// ошибка: трактуется как Foo::var,
// но ассоциированного объекта класса не существует
int mem1( int = var );
// правильно: трактуется как static Foo::stcvar,
// ассоциированный объект и не нужен
int mem2( int = stcvar );
// правильно: трактуется как глобальная переменная var
int mem3( int = :: var );
};
