C++ 中的 static

之前对 static 的理解仅限于：在类中声明这种类型的变量，可以通过这个变量知道这个类被创建了多少个对象。但是前些日子刷 leetcode 的时候，发现类中自定义的 cmp 函数如果不是 static 类型，就无法被类内的 sort 函数识别。所以今天来一探究竟。

面向过程

其实 C 语言中也有 static 这个关键字，在全局区分配内存，或者说可以理解为全局变量，来回顾一下：

1. 在全局区分配内存，自动初始化为 0，注：全局区就是静态区
2. 在声明的整个文件是可见的
3. 不会因子函数的退出而被释放空间，即子函数被执行完成初始化后，之后的调用不会再初始化，但作用域是局部的
4. 修饰普通函数，仅在定义该函数的文件内才能使用。在多人开发项目时，为了防止与他人命名空间里的函数重名，可以将函数定位为 static。

全局变量：

#include <iostream>

static int test;

void sub_func() {
    test += 1;
}

int main() {
    test += 1;
    std::cout << test << std::endl; // 1
    sub_func();
    std::cout << test << std::endl; // 2
    return 0;
}

局部变量：

#include <iostream>

void sub_func() {
    static int test;
    test += 1;
    std::cout << test << std::endl;
}

int main() {
    // 无法访问 test
    sub_func(); // 1
    sub_func(); // 2
    return 0;
}

面向对象

static 成员变量

1. 这个类的所有对象都可以访问静态成员变量，一个对象修改，其他对象也会改变。说高级一些，不随对象创建而分配内存，不随对象销毁而释放内存
2. 存储在全局区
3. 必须类外初始化
4. 可以通过类名访问

#include <iostream>

class A{
public:
    static int num;
    A(){
        A::num += 1;
    }
    void increase(int a) {
        // 类名访问
        A::num += a;
    }
};
// 类声明的外部初始化
int A::num = 0;

int main() {
    A a;
    A b;
    std::cout << A::num << std::endl; // 2
    b.increase(18);
    std::cout << A::num << std::endl; // 20
    return 0;
}

成员函数

1. 静态成员函数仅可以访问静态成员、函数；不能访问非静态成员、函数
2. 非静态成员函数可以任意访问静态成员、函数
3. 不需要 this 指针的额外操作
4. 可以通过类名访问

来看一个 static 的成员函数，顺便解答本文开始的疑问。

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>

class A{
public:
    static int num;
    int a = 10;
    static auto get_num() {
        // 错误，不能访问非 static 变量
        // 毕竟全局区不能访问堆栈区
        // return a + A::num;
        return A::num;
    }
    // 如果不加 static
    // 错误：对非静态成员函数‘bool A::cmp(int&, int&)’的使用无效
    // 因为 sort 这个函数是全局的，找不到类内的 cmp
    static bool cmp(int& a, int& b) {
        return a > b;
    }
    void sort(std::vector<int>& arr) {
        std::sort(arr.begin(), arr.end(), cmp);
    }
};
// 类声明的外部初始化
int A::num = 0;

int main() {
    A a;
    A b;
    std::vector<int> arr{3, 2, 4, 6, 2, 5, 7};
    a.sort(arr);
    for (auto i : arr) {
        std::cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

:: 扩展

上面写了很多 ::，江湖人称范围解析运算符，顺手总结一下：

1. ::variable，全局作用域符，作用域是全局空间，如 ::isspace
2. class::variable，某个类的作用域范围
3. namespace::variable，某个命名空间的作用域范围。重点是，static 声明的链接性为内部静态变量的东西，可以使用未命名的 namespace 代替。