C++ Gossip - 物件基礎《封裝》static 成員

對於每一個基於相同類別所產生的物件而言，它們會擁有各自的資料成員，然而在某些時候，您會想要這些物件擁有相同的資料成員，舉個例子來說，在Ball類別中，您打算使用到圓周率PI這個資料，因為對於任一個Ball的實例而言，圓周率都是相同的，您不需要讓不同的Ball實例擁有各自的圓周率資料成員。

您可以將PI資料成員宣告為"static"，被宣告為"static"的資料成員，又稱「靜態資料成員」，靜態成員是屬於類別所擁有，而不是個別的物件，您可以將靜態成員視為每個物件實例所共享的資料成員。要宣告靜態資料成員，只要在宣告資料成員時加上"static"關鍵字就可以了，例如：

• Ball.h

#include <string>
using namespace std;

class Ball {
public:
    // 宣告靜態成員
    static double PI;
    // const 靜態成員可以在類別定義中初始化
    // static const double PI = 3.14159;

    Ball();
    Ball(double, const char*);     
    Ball(double, string&);
   
    double radius() {
        return _radius;
    }
   
    string& name() {
        return _name;
    }
   
    void radius(double radius) {
         _radius = radius;
    }
   
    void name(const char *name) {
         _name = name;
    }
        
    void name(string& name) {
         _name = name;
    }
   
    double volumn() {
        return (4 / 3 * PI * _radius * _radius * _radius);
    }
   
private:
    double _radius; // 半徑
    string _name;  // 名稱
};

• Ball.cpp

#include <string>
#include "Ball.h"
using namespace std;

// 非const靜態成員要在類別定義外初始化
double Ball:I = 3.14159;

// 預設建構函式
Ball::Ball() {
    _radius = 0.0;
    _name = "noname ball";   
}

Ball::Ball(double radius, const char *name) {
    _radius = radius;
    _name = name;
}

Ball::Ball(double radius, string &name) {
    _radius = radius;
    _name = name;
}
非const的static成員要在類別定義區塊之外初始化，靜態成員屬於類別所擁有，可以在不使用名稱參考下，直接使用類別名稱加上::運算子來存取靜態資料成員，不過靜態資料成員同樣遵守"public"、"protected"與"private"的存取限制，所以若您要直接存取靜態資料成員，必須注意它的權限，例如必須設定為"public"成員的話就可以如下存取：

• main.cpp

#include <iostream>
#include "Ball.h"
using namespace std;

int main() {
    cout << Ball:I
         << endl;

    return 0;
}
執行結果：

3.14159

雖然您也可以在宣告物件之後，透過物件名稱加上'.'運算子來存取靜態資料成員，但是這個方式並不被鼓勵，通常建議使用類別名稱加上'.'運算子來存取，一方面也可以避免與非靜態資料成員混淆，例如下面的方式是不被鼓勵的：
Ball ball;
cout << ball.PI << endl;


與靜態資料成員類似的，您也可以宣告函式成員為"static"方法，又稱「靜態函式」，被宣告為靜態的函式通常是作為工具函式，例如在Ball類別上增加一個角度轉徑度的函式toRadian()：

• Ball.h

#include <string>
using namespace std;

class Ball {
public:
    // 宣告靜態資料成員
    static double PI;
        
    Ball();
    Ball(double, const char*);     
    Ball(double, string&);
   
    // 宣告靜態函式
    static double toRadian(double);
   
    double radius() {
        return _radius;
    }
   
    string& name() {
        return _name;
    }
   
    void radius(double radius) {
         _radius = radius;
    }
   
    void name(const char *name) {
         _name = name;
    }
        
    void name(string& name) {
         _name = name;
    }
   
    double volumn() {
        return (4 / 3 * PI * _radius * _radius * _radius);
    }
   
private:
    double _radius; // 半徑
    string _name;  // 名稱
};

• Ball.cpp

#include <string>
#include "Ball.h"
using namespace std;

// 初始靜態資料成員
double Ball:I = 3.14159;

// 實作靜態函式
double Ball::toRadian(double angle) {
    return 3.14159 / 180 * angle;
}

// 預設建構函式
Ball::Ball() {
    _radius = 0.0;
    _name = "noname ball";   
}

Ball::Ball(double radius, const char *name) {
    _radius = radius;
    _name = name;
}

Ball::Ball(double radius, string &name) {
    _radius = radius;
    _name = name;
}
與靜態資料成員一樣的，您可以透過類別名稱使用::運算子來存取"static"函式，當然要注意權限設定，例如設定為"public"的話可以如下存取：
cout << "角度90等於徑度"
         << Ball::toRadian(90)
         << endl;


由於靜態成員是屬於類別而不是物件，所以當您呼叫靜態函式時，並不會傳入物件的位址，所以靜態函式中不會有this指標，由於沒有this指標，所以在C ++的靜態函式中不允許使用非靜態成員，因為沒有this來儲存物件的位址，也就無法辨別要存取的是哪一個物件的成員，事實上，如果您在靜態函式中使用非靜態資料成員，在編譯時就會出現以下的錯誤訊息：
invalid use of member `Ball::_radius' in static member function


或者是在靜態函式中呼叫非靜態函式，在編譯時就會出現以下的錯誤訊息：
cannot call member function `std::string& Ball::name()' without object