Статические типы данных c. Статические методы в Java(static methods)

Члены класса могут использоваться с ключевым словом static. В данном контексте его значение сходно с тем, которое оно имеет в С. Когда член класса объявляется как статический, то тем самым компилятору дается указание, что должна существовать только одна копия этого члена, сколько бы объектов этого класса ни создавалось. Статический член используется совместно все­ми объектами данного класса. Все статические данные инициализируются нулями при создании первого объекта, и другая инициализация не предусмотрена.

При объявлении статического члена данных класса этот член не определяется. Вместо этого необходимо обеспечить для них глобальное определение вне класса. Это делается путем нового объявления статической переменной, причем используется оператор области видимости для того, чтобы идентифицировать тот класс, к которому принадлежит переменная. Это необходимо для того, чтобы под статическую переменную была выделена память.

В качестве примера рассмотрим следующую программу:

#include
class counter {
static int count;
public:
void setcount(int i) {count = i;};
void showcount () {cout << count << " "; }
};
int counter::count; // определение count
int main() {
counter a, b;
a.showcount (); // выводит 0
b.showcount (); // выводит 0
a.setcount (10); // установка статического count в 10
a.showcount (); // выводит 10
b.showcount (); // также выводит 10
return 0;
}

В первую очередь обратим внимание на то, что статическая переменная целого типа count объяв­ляется в двух местах: в классе counter и затем - как глобальная переменная. Borland С++ иници­ализирует count нулем. Именно поэтому первый вызов showcount() выводит в качестве результата нуль. Затем объект а устанавливает count равным 10. После этого оба объекта а и b выводят с помощью функции showcount() одну и ту же величину, равную 10. Поскольку существует только одна копия count, используемая совместно объектами а и b, то на экран выводится в обоих слу­чаях значение 10.

Также можно иметь статические функции-члены. Статические функции-члены не могут прямо ссылаться на нестатические данные или нестатические функции, объявленные в их классе. Причи­ной тому является отсутствие для них указателя this, так что нет способа узнать, с какими именно нестатическими данными работать. Например, если имеется два объекта класса, содержащие стати­ческую функцию f(), и если f() пытается получить доступ к нестатической переменной var, опреде­ленной этим классом, то как можно определить, какую именно копию var следует использовать? Компилятор не может решить такую проблему. В этом заключается причина того, что статичес­кие функции могут обращаться только к другим статическим функциям или статическим данным. Также статические функции не могут быть виртуальными или объявляться с модификаторами const иди volatile. Статическая функция может вызываться либо с использованием объекта класса, либо с использованием имени класса и оператора области видимости. Тем не менее не надо забы­вать, что даже при вызове статической функции с использованием объекта, ей не передается указатель this.

Следующая короткая программа иллюстрирует один из многих способов использования стати­ческих функций. Достаточно распространенной является ситуация, когда требуется обеспечить доступ к ограниченному ресурсу, например, такому, как совместно используемый файл в сети. Как иллюстрирует эта программа, использование статических данных и функций служит мето­дом, посредством которого объект может проверить статус ресурса и получить к нему доступ, если это возможно.

#include


class access {
static enum access_t acs;
// ...
public:


{
return acs;
}
// ...
};

int main()
{
access obj1, obj2;
access::set_access(locked); // вызов с использованием имени класса
// ... код

if (obj2.get_access()==unlocked) { // вызов с помощью объекта

cout << "Access resource.\n";
}
else cout << "Locked out.\n";
// ...
return 0;
}

При запуске этой программы на экране появится «locked out». Обратим внимание, что функция set_access() вызвана с именем класса и оператором области видимости. Функция get_access() вы­звана с объектом и оператором «точка». При вызове статической функции может использовать­ся любая из этих форм и обе они дают одинаковый эффект. Стоит поэкспериментировать немно­го с этой программой, чтобы убедиться в правильности понимания хода ее работы.

Как отмечалось, статические функции имеют прямой доступ только к другим статическим фун­кциям или статическим данным в пределах одного и того же класса. Чтобы проверить это, по­пробуем откомпилировать следующую версию программы:

// данная программа содержит ошибку и не будет компилироваться
#include
enum access_t {shared, in_use, locked, unlocked};
// класс контролирует редкий ресурс
class access {
static enum access_t acs;
int i; // не статический
// ...
public:
static void set_access (enum access_t a) {acs = a;}
static enum access_t get_access()
{
i = 100; // не будет компилироваться
return acs;
}
// ...
};
enum access_t access::acs; // определение acs
int main()
{
access obj1, obj2;
access::set_access(locked); // вызов с помощью имени класса
// ... код
// может ли obj2 обращаться к ресурсу
if(obj2.get_access()==unlocked) { // вызов с помощью объекта
access::set_access(in_use); // вызов с помощью имени класса
cout << "Access resource.\n";
}
else cout << "Locked out.\n";
// ...
}

Эта программа не будет откомпилирована, поскольку функция get_access() пытается получить доступ к нестатической переменной.

Сперва не ощущается необходимости в немедленном использовании статических членов, но по мере накопления опыта программирования на С++ они становятся очень удобным средством в определенных ситуациях, поскольку позволяют избежать использования глобальных переменных.

То мы можем получить к ним доступ напрямую через имя класса и оператор разрешения области видимости. Но что, если статические переменные-члены являются закрытыми? Рассмотрим следующий код:

В этом случае мы не можем напрямую получить доступ к Anything::s_value из main(), так как этот член является private. Обычно, доступ к закрытым членам класса осуществляется через методы public. Хотя мы могли бы создать обычный метод для получения доступа к s_value , но нам тогда бы пришлось создавать объект этого класса для использования метода! Есть вариант получше: мы можем сделать метод статическим.

Подобно статическим переменным-членам, статические методы не привязаны к какому-либо одному объекту класса. Вот пример выше, но уже со статическим методом:

class Anything { private: static int s_value; public: static int getValue() { return s_value; } // статический метод }; int Anything::s_value = 3; // определение статической переменной-члена класса int main() { std::cout << Anything::getValue() << "\n"; }

Поскольку статические методы не привязаны к определённому объекту, то их можно вызывать напрямую через имя класса и оператор разрешения области видимости, а также через объекты класса (но это не рекомендуется).

Статические методы не имеют указателя *this

У статических методов есть две интересные особенности. Во-первых, поскольку статические методы не привязаны к объекту, то они не имеют ! Здесь есть смысл, так как указатель *this всегда указывает на объект, с которым работает метод. Статические методы могут не работать через объект, поэтому и указатель *this не нужен.

Во-вторых, статические методы могут напрямую обращаться к другим статическим членам (переменным или функциям), но не могут к нестатическим членам. Это связано с тем, что нестатические члены принадлежат объекту класса, а статические методы — нет!

Ещё один пример

Статические методы можно определять вне тела класса. Это работает так же, как и с обычными методами. Например:

#include class IDGenerator { private: static int s_nextID; // объявление статической переменной-члена public: static int getNextID(); // объявление статического метода }; // Определение статической переменной-члена находится вне тела класса. Обратите внимание, мы не используем здесь ключевое слово static // Начинаем генерировать ID с 1 int IDGenerator::s_nextID = 1; // Определение статического метода находится вне тела класса. Обратите внимание, мы не используем здесь ключевое слово static int IDGenerator::getNextID() { return s_nextID++; } int main() { for (int count=0; count < 4; ++count) std::cout << "The next ID is: " << IDGenerator::getNextID() << "\n"; return 0; }

Результат выполнения программы выше:

The next ID is: 1
The next ID is: 2
The next ID is: 3
The next ID is: 4

Обратите внимание, поскольку все переменные и функции этого класса являются статическими, то нам не нужно создавать объект этого класса для работы с ним! Статическая переменная-член используется для хранения значения следующего идентификатора, который должен быть ей присвоен, а статический метод — для возврата идентификатора и его увеличения.

Предупреждение о классах со всеми статическими членами

Будьте осторожны при написании классов со всеми статическими членами. Хотя такие «чисто статические классы» могут быть полезны, но они также имеют свои недостатки.

Во-первых, поскольку все статические члены создаются только один раз, то несколько копий «чисто статического класса» быть не может (без клонирования класса и его дальнейшего переименования). Например, если нам нужны два независимых объекта класса IDGenerator, то это будет невозможно через «чисто статический» класс.

C++ не поддерживает статические конструкторы

Если вы можете инициализировать обычную переменную-член через , то, по логике вещей, вы должны иметь возможность инициализировать статические переменные-члены через статический конструктор. И, хотя некоторые современные языки действительно поддерживают статические конструкторы именно для этой цели, C++, к сожалению, не является одним из таковых.

Если ваша статическая переменная может быть инициализирована напрямую, то конструктор не нужен: вы можете определить статическую переменную-член, даже если она является private. Мы делаем это в примере выше с s_nextID . Вот ещё один пример:

class Something { public: static std::vector s_mychars; }; std::vector Something::s_mychars = { "o", "a", "u", "i", "e" }; // определяем статическую переменную-член

Если для инициализации вашей статической переменной-члена требуется выполнить код (например, цикл), то есть несколько разных способов это сделать. Следующий способ является лучшим из них:

#include #include class Something { private: static std::vector s_mychars; public: class _nested // определяем вложенный класс с именем _nested { public: _nested() // конструктор _nested инициализирует нашу статическую переменную-член { s_mychars.push_back("o"); s_mychars.push_back("a"); s_mychars.push_back("u"); s_mychars.push_back("i"); s_mychars.push_back("e"); } }; // Статический метод для вывода s_mychars static void getSomething() { for (auto const &element: s_mychars) std::cout << element << " "; } private: static _nested s_initializer; // используем статический объект класса _nested для гарантии того, что конструктор _nested выполнится }; std::vector Something::s_mychars; // определяем нашу статическую переменную-член Something::_nested Something::s_initializer; // определяем наш статический s_initializer, который вызовет конструктор _nested для инициализации s_mychars int main() { Something::getSomething(); return 0; }

Урок 25. Статические функции и элементы данных

До настоящего момента каждый создаваемый вами объект имел свой собственный набор элементов данных. В зависимости от назначения вашего приложения могут быть ситуации, когда объекты одного и того же класса должны совместно использовать один или несколько элементов данных. Например, предположим, что вы пишете программу платежей, которая отслеживает рабочее время для 1000 служащих. Для определения налоговой ставки программа должна знать условия, в которых работает каждый служащий. Пусть для этого используется переменная класса state_of_work. Однако, если все служащие работают в одинаковых условиях, ваша программа могла бы совместно использовать этот элемент данных для всех объектов типа employee. Таким образом, ваша программа уменьшает необходимое количество памяти, выбрасывая 999 копий одинаковой информации. Для совместного использования элемента класса вы должны объявить этот элемент как static (статический). Этот урок рассматривает шаги, которые вы должны выполнить для совместного использования элемента класса несколькими объектами. К концу этого урока вы освоите следующие основные концепции:

C++ позволяет иметь объекты одного и того же типа, которые совместно используют один или несколько элементов класса.

Если ваша программа присваивает значение совместно используемому элементу, то все объекты этого класса сразу же получают доступ к этому новому значению.

Для создания совместно используемого элемента данных класса вы должны предварять имя элемента класса ключевым словом static.

После того как программа объявила элемент класса как static, она должна объявить глобальную переменную (вне определения класса), которая соответствует этому совместно используемому элементу класса.

Ваши программы могут использовать ключевое слово static, чтобы сделать метод класса вызываемым в то время, как программа, возможно, еще не объявила каких-либо объектов данного класса.

СОВМЕСТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТА ДАННЫХ

Обычно, когда вы создаете объекты определенного класса, каждый объект получает свой собственный набор элементов данных. Однако возможны такие ситуации, при которых объектам одного и того же класса необходимо совместно использовать один или несколько элементов данных (статические э лементы данных). В таких случаях объявляйте элементы данных как общие ил и частные, а затем предваряйте тип ключевым словом static, как показано ниже:

private: static int shared_value;

После объявления класса вы должны объявить элемент как глобальную переменную вне класса, как показано ниже:

int class_name::shared_value;

Следующая программа SHARE_IT.CPP определяет класс book_series, совместно использующий элемент page_count, который является одинаковым для всех объектов (книг) класса (серии). Если программа изменяет значение этого элемента, изменение сразу же проявляется во всех объектах класса:

#include

#include

class book_series

{ public: book_series(char *, char *, float); void show_book(void); void set_pages(int) ; private: static int page_count; char title; char author[ 64 ]; float price; };

int book_series::page__count;

void book_series::set_pages(int pages)

{ page_count = pages; }

book_series::book_series(char *title, char *author, float price)

{ strcpy(book_series::title, title); strcpy(book_series::author, author); book_series::price = price; }

void book_series:: show_book (void)

{ cout << "Заголовок: " << title << endl; cout << "Автор: " << author << endl; cout << "Цена: " << price << endl; cout << "Страницы: " << page_count << endl; }

{ book_series programming("Учимся программировать на C++", "Jamsa", 22.95); book_series word("Учимся работать с Word для Windows", "Wyatt", 19.95); word.set_pages(256); programming.show_book (); word.show_book() ; cout << endl << "Изменение page_count " << endl; programming.set_pages(512); programming.show_book(); word.show_book(); }

Как видите, класс объявляет page_count как static int. Сразу же за определением класса программа объявляет элемент page_count как глобальную переменную. Когда программа изменяет элемент page_count, изменение сразу же проявляется во всех объектах класса book_series.

Совместное использование элементов класса

В зависимости от вашей программы возможны ситуации, когда вам потребуется совместно использовать определенные данные несколькими экземплярами объекта. Для этого объявите такой элемент как static. Далее объявите этот элемент вне класса как глобальную переменную. Любые изменения, которые ваша программа делает с этим элементом, будут немедленно отражены в объектах данного класса.

Использование элементов с атрибутами public static, если объекты не существуют

Как вы только что узнали, при объявлении элемента класса как static этот элемент совместно используется всеми объектами данного класса. Однако возможны ситуации, когда программа еще не создала объект, но ей необходимо использовать элемент. Для использования элемента ваша программа должна объявить его как public и static. Например, следующая программа USЕ_MBR.CPP использует элемент page_count из класса book_series, даже если объекты этого класса не существуют:

#include

#include

class book_series

{ public: static int page_count; private: char title ; char author; float price; };

int book_series::page_count;

void main(void) { book_series::page_count = 256; cout << "Текущее значение page_count равно " << book_series::page_count << endl; }

В данном случае, поскольку класс определяет элемент класса page_count как public, программа может обратиться к этому элементу класса, даже если объекты класса book_series не существуют.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ-ЭЛЕМЕНТОВ

Предыдущая программа иллюстрировала использование статических элементов данных. Подобным образом C++ позволяет вам определить статические функции-элементы (методы). Если вы создаете статический метод, ваша программа может вызывать такой метод, даже если объекты не были созданы. Например, если класс содержит метод, который может быть использован для данных вне класса, вы могли бы сделать этот метод статическим. Ниже приведен класс menu, который использует esc-последовательность драйвера ANSI для очистки экрана дисплея. Если в вашей системе установлен драйвер ANSI.SYS, вы можете использовать метод clear_screen для очистки экрана. Поскольку этот метод объявлен как статический, программа может использовать его, даже если объекты типа menu не существуют. Следующая программа CLR_SCR.CPP использует метод clear_screen для очистки экрана дисплея:

#include

{ public: static void clear_screen(void); // Здесь должны быть другие методы private: int number_of_menu_options; };

void menu::clear_screen(void)

{ cout << "\033" << "}