C++ 類別靜態成員與靜態成員函數完整教學

靜態成員：類別層級的共享資料

一般成員屬於各物件實例，靜態成員屬於類別本身，所有物件共享同一份記憶體。宣告於類別內，定義於類別外 (全域範圍)。

class Internet {
public:
    Internet(char* n, char* a) { strcpy(name, n); strcpy(addr, a); count++; }
    static void ShowCount() { cout << count << endl; }  // 靜態成員函式
    static int count;  // 宣告
private:
    char name[20], addr[20];
};

int Internet::count = 0;  // 定義並初始化 (不可在類別內初始化)

void main() {
    cout << Internet::count << endl;  // 0
    Internet a("A", "a.com"), b("B", "b.com");
    Internet::ShowCount();  // 2
    Internet c("C", "c.com");
    Internet::ShowCount();  // 3
}

靜態成員函式特性

• 無 this 指標，無法直接存取非靜態成員。
• 呼叫方式：類別名::函式名() (推薦) 或 物件.函式名() (不推薦)。
• 常用於工廠方法、單例模式、狀態追蹤。

應用場景

1. 物件計數器：建構函式遞增，解構函式遞減。
2. 狀態旗標：檔案開啟狀態、印表機佔用狀態、單例實例指標。
3. 鏈表頭尾指標：靜態指標追蹤第一個/最後一個節點。

實戰範例：靜態指標實現學生鏈表

class Student {
public:
    Student(char* n) {
        strcpy(name, n);
        next = head;  // 新節點指向舊頭
        head = this;  // 更新頭指標
    }
    ~Student() {  // 解構時從鏈表移除
        if (head == this) head = next;
        else {
            for (Student* p = head; p; p = p->next)
                if (p->next == this) { p->next = next; break; }
        }
        cout << "解構: " << name << endl;
    }
    static Student* head;  // 靜態頭指標
    char name[30];
    Student* next;
};

Student* Student::head = nullptr;

void main() {
    Student* c = new Student("Marry");
    Student a("Colin"), b("James");
    delete c;  // 觸發解構，從鏈表移除
    for (Student* p = Student::head; p; p = p->next)
        cout << p->name << endl;  // 輸出剩餘節點
}

此例展示靜態成員替代全域變數，封裝於類別內，解構函式自動維護鏈表完整性。

注意事項

• 靜態成員定義須在單一編譯單元 (通常在 .cpp)，避免重複定義連結錯誤。
• 靜態成員初始化順序跨編譯單元不確定，若相互依賴需謹慎設計 (如 Meyer's Singleton)。
• 執行緒安全：多執行緒存取靜態資料需加鎖或使用原子操作。