C++基础学习笔记----第十一课（类的静态成员、对象模型初步认识）

主要讲解了静态成员的本质以及静态成员和普通成员的差别，通过对象模型的基本知识体现了静态成员函数和普通函数的差别。

类的静态成员

普通成员变量

普通成员变量受到public和private两个关键字的限制，可以通过类的对象名访问具有public的普通成员变量，普通的成员变量不能够在类的对象之间共享。

静态成员变量

1.在C++中可以定义静态成员变量和静态成员函数，静态成员属于整个类所有，不需要任何依赖对象。可以通过类名直接访问public静态成员，可以通过对象名访问public静态成员。静态成员函数可以直接访问静态成员变量。

2.普通成员变量依附于具体的对象存在，对象被销毁普通的成员变量就被销毁。在某一个对象诞生的时候静态成员变量不会被创建，同样某一个类被销毁静态成员变量也不会被销毁。它随着类的存在而存在，类是在程序开始运行的时候就存在，所以静态成员变量是随着程序的运行而存在的。

3.静态成员变量不依附于对象的存在而存在，所以静态成员的空间分配需要在类的外部，也就是在全局数据区对静态成员变量进行内存的分配。如果静态成员变量没有被赋予初值，那么静态成员变量和普通的静态变量一样默认的初始值为0。

4.静态成员变量在类的内部进行声明，在类的外部进行定义并分配空间。

5.语法规则：在定义时直接通过static关键字进行修饰。语法规则：Type Class Name ::VarName，同时在类外定义静态成员需要在类的初始化之后，否则编译器无法找到属于这个类的静态成员。

静态成员函数

1.静态成员函数是属于类所有的，并不是依附于某一个对象而存在，调用静态成员函数直接通过类名调用即可。

2.静态成员函数可以通过类的对象来进行调用。

基本例程如下所示：

#include <stdio.h>//int A::ai; 类的静态变量定义在类的前面将会报错class A{private:static int ai;public:static int getai(){return ai;}static int setai(int i){ai = i;return 0;}void print(){printf("ai = %d\n", ai);}};int A::ai = 0;int main(){/*不需要建立类的对象就可以调用类的静态成员函数*/A::setai(9);printf("ai = %d\n",A::getai());/*print函数是类的普通成员函数，需要建立类的对象来完成调用*/A a;a.print();A a1;/*可以通过类的对象来抵用类的静态成员函数*/a1.setai(6);printf("ai = %d\n",a1.getai());//a1.ai = 8; 虽然可以通过类的对象来改变静态成员变量的值，但是这里的静态成员变量仍然受到public和private属性的限制。    return 0;}

C++不同角度上的类的静态成员

命名空间的角度：

通过上面的例程，可发现在类的外部定义类的静态成员变量的代码：

int A::ai = 0;

这里的A::ai类似于命名空间，这里的静态成员变量，只是这个类的范围的命名空间的全局变量。同样，类的静态成员函数就是这个类的命名空间的全局函数。
不同的地方是，类可以对静态成员变量进行访问权限的限制（使用public和private关键字），而命名空间不可以。

面向对象的角度：

类的静态成员属于类的概念本身，类的所有对象共享相同的静态成员。

类的静态成员的应用

类的静态成员依赖于类而存在，所以可以通过静态成员变量来统计程序中正在运行的类。

#include <stdio.h>class A{private:static int ai;public:static int getai(){return ai;}A(){ai++;}~A(){ai--;}};/*如果不给静态成员变量赋初值，那么ai的默认值为0*/int A::ai;void run(){A a[100];/*这里定义了一个100A类的数组，所以通过调用静态成员函数ai再次进行100次自加，打印102*/printf("%d\n",A::getai());/*run()函数在调用结束后100个A类的数组自动被销毁，调用析构函数，ai自减100*/}int main(){A a1;A a2;/*定义两个A类的对象后，ai通过定义的默认构造函数自加两次，这里打印2*/printf("%d\n",A::getai());run();/*run函数调用结束返回，这个时候静态成员变量的值是2*/printf("%d\n",A::getai());    return 0;}

C++对象模型初探

普通成员变量和struct变量的存储

1.C++中的成员变量和成员函数是分开存储的。成员变量分为普通成员变量和静态成员变量，普通的成员变量存储在对象中，与struct变量具有相同的内存布局和字节对齐方式。静态成员变量存储在程序的全局数据区。

2.成员函数存储在代码段中，无论是静态成员函数还是普通的成员函数。

例程：

#include <stdio.h>/*两种方式在C++定义类的差别在于：A默认的成员是private，B默认的成员是public*/class A{int i;int j;short a;char b;};struct B{int i;int j;short a;char b;};class C{private:int i;int j;short a;char b;/*静态成员变量占用的全局数据区的内存空间*/static int h;public:/*成员函数占用的代码段的内存空间*/C(){printf("abc\n");}int print(){i = 1;return 0;}};int C::h = 0;int main(){/*根据C语言中的内存对齐，A和B结构体占用的内存空间都为12个字节*/printf ("%d\n",sizeof(A));printf ("%d\n",sizeof(B));/*程序的打印结果和结构体A和B的打印结果相同*/printf ("%d\n",sizeof(B));    return 0;}

C++中的对象模型

面向对象理论到计算机程序的转化基本程序（这里只是一个简单的例子，具体的实现还是C++编译器内部的实现），如下图所示：

静态成员函数和普通成员函数的差别

1.普通成员函数不包含指向具体对象的指针，普通成员函数包含一个指向具体对象的指针。

2.C++中类的普通成员函数都隐式包含一个指向当前对象的this指针。

3.静态成员函数没有this指针，普通成员函数有。普通成员函数通过C++默认的关键字this将当前成员函数的地址提供出来。

例程如下：

#include <stdio.h>class A{private:int a;int b;int c;static int d;public:A(int a, int b, int c){/*如果这里这样定义将会造成二义性，程序最后将无法确定怎么进行赋值,所以这里编译报错*//*this->a = a;this->b = b;this->c = c;*//*这里的this是C++中的关键字，这里的this指针指向当前的对象所以this->a是指向这个类的成员变量a*/this->a = a;this->b = b;this->c = c;}void print(){/*打印各个变量的值和变量地址*/printf("a = %d, &a = %p\n",a,&a);printf("b = %d, &b = %p\n",b,&b);printf("c = %d, &c = %p\n",c,&c);/*通过地址打印可以看出d的地址和变量a,b,c的地址并不是连续的，可以进一步证明静态成员变量的内存分配来自全局数据区*/printf ("d = %d, &c = %p\n",d,&d);/*这里打印this指针的地址,也是具体的对象的地址，随着对象的创建而this指针式不同的*/printf("%p\n",this);}};int A::d = 0;int main(){A g  = A(2,3,4);g.print();printf ("&g = %p\n", &g);A g2 = A(7,8,9);g2.print();printf ("&g = %p\n", &g2);    return 0;}