靜態成員變數在C++中的使用

C++中的靜態成員變數是特殊的變數，它們獨立於類對象，而與類關聯。它們可以用於多個類對象之間共享數據，並且在程序中只有一份拷貝。

一、靜態成員變數定義和初始化

靜態成員變數的定義和普通成員變數有所不同，它要在類聲明中進行定義，但是不能在類聲明中初始化。靜態成員變數在類外進行初始化，並且需要指定它的數據類型和類名。

class MyClass {
public:
    static int num; //定義靜態成員變數
};
int MyClass::num = 0; //初始化靜態成員變數

需要注意的是，如果靜態成員變數是一個對象或者指針，那麼需要在類外進行構造或初始化操作。

二、靜態成員變數的訪問

訪問靜態成員變數可以使用類名或者對象名加「.」的方式進行訪問，但是建議使用類名進行訪問，因為靜態成員變數不屬於對象，而是屬於類。

class MyClass {
public:
    static int num;
};
int MyClass::num = 0;
int main() {
    MyClass obj;
    obj.num = 10; //使用對象名訪問靜態成員變數
    MyClass::num = 20; //使用類名訪問靜態成員變數
    return 0;
}

三、靜態成員變數的應用

1、用於統計對象數量

靜態成員變數可以用於統計類的對象數量，每次創建對象時，構造函數可以對靜態成員變數進行加1操作，每次銷毀對象時，析構函數可以對靜態成員變數進行減1操作。

class MyClass {
public:
    static int count; //對象數量
    MyClass() { count++; }
    ~MyClass() { count--; }
};
int MyClass::count = 0;
int main() {
    MyClass obj1, obj2;
    cout << MyClass::count << endl; //輸出2
    return 0;
}

2、用於共享數據

靜態成員變數可以用於多個對象之間共享數據。例如，可以用它來保存資料庫連接的數量和狀態。

class DbConnection {
public:
    static int connCount; //連接數量
    bool isConnected; //連接狀態
    DbConnection() { 
        if(connCount < MAX_CONN) {
            connCount++;
            isConnected = true;
        }
        else {
            isConnected = false;
        }
    }
    ~DbConnection() { connCount--; }
};
int DbConnection::connCount = 0;
const int MAX_CONN = 10;
int main() {
    DbConnection obj1, obj2; //連接數量為2
    DbConnection obj3; //連接數量為2，連接狀態為false
    return 0;
}

3、用於緩存計算結果

靜態成員變數可以用於緩存計算結果，避免重複計算，提高程序效率。

class Calculator {
public:
    static int count; //緩存計算結果的數量
    static int square(int num) {
        int result = 0;
        if(cache.count(num)) { //從緩存中讀取計算結果
            result = cache[num];
        }
        else {
            result = num * num;
            cache[num] = result; //將計算結果緩存起來
            count++;
        }
        return result;
    }
private:
    static map cache; //保存計算結果的緩存
};
int Calculator::count = 0;
map Calculator::cache;
int main() {
    cout << Calculator::square(10) << endl; //計算結果為100，緩存數量為1
    cout << Calculator::square(5) << endl; //計算結果為25，緩存數量為2
    cout << Calculator::count << endl; //輸出緩存數量2
    return 0;
}

四、總結

靜態成員變數在C++中的使用是非常靈活的，可以用於多個對象之間共享數據，緩存計算結果，統計對象數量等功能。需要注意的是，靜態成員變數是獨立於類對象的，因此在定義、初始化、訪問時需要特別注意。