C++笔记之静态成员函数的使用场景

news2025/11/1 6:37:10

C++笔记之静态成员函数的使用场景

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C++静态成员函数的核心特点是不与特定类实例相关，可通过类名直接调用，用于执行与类相关的操作而无需创建类对象。其主要用途是在类级别上共享功能，管理全局状态或提供工具函数。

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文章目录

  • C++笔记之静态成员函数的使用场景
    • 1.共享数据：当类的所有实例需要共享某个数据时，可以使用静态数据成员
    • 2.工具函数： 静态函数成员通常用于实现与类相关的工具函数，这些函数不需要访问实例特定的数据
    • 3.计数或标识： 使用静态成员可以在所有实例之间保持计数或标识的状态
    • 4.单例模式: 静态成员可用于实现单例模式，确保一个类只有一个实例
    • 5.日志记录： 在一个应用程序中使用静态成员来记录和管理日志信息
    • 6.全局配置： 使用静态数据成员来保存全局配置设置
    • 7.数学常数： 在数学库中使用静态成员来提供常用的数学常数
    • 8.数据库连接池： 使用静态成员来管理共享的数据库连接池
    • 9.跟踪对象数量： 使用静态数据成员来跟踪特定类的实例数量
    • 10.全局事件处理： 使用静态函数成员来处理全局事件，如系统信号
    • 11.全局资源管理： 使用静态成员来管理全局资源，如文件句柄
    • 12.全局配置管理： 使用静态成员来加载和管理全局配置信息
    • 13.回调-事件处理：在事件驱动的程序中，可以使用静态回调函数来响应特定事件
    • 14.回调-异步回调：在异步编程中，可以使用静态回调函数来处理异步任务完成的通知
    • 15.回调-插件化架构： 在插件化架构中，可以使用静态回调函数来扩展和定制主程序的功能
    • 16.回调-回调集中管理： 使用静态回调函数集中管理程序中的不同事件和处理逻辑

1.共享数据：当类的所有实例需要共享某个数据时，可以使用静态数据成员

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代码

class BankAccount {
private:
    static double interestRate; // 静态数据成员，所有账户共享利率
    double balance;
public:
    static void setInterestRate(double rate) {
        interestRate = rate;
    }
    // ...
};

// 在类外初始化静态数据成员
double BankAccount::interestRate = 0.05;

int main() {
    BankAccount::setInterestRate(0.07); // 所有账户的利率都被更新
    // ...
    return 0;
}

2.工具函数： 静态函数成员通常用于实现与类相关的工具函数，这些函数不需要访问实例特定的数据

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代码

class MathUtils {
public:
    static int factorial(int n) {
        if (n <= 1)
            return 1;
        return n * factorial(n - 1);
    }
};

int main() {
    int fact = MathUtils::factorial(5); // 调用静态函数成员
    // ...
    return 0;
}

3.计数或标识： 使用静态成员可以在所有实例之间保持计数或标识的状态

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代码

class Student {
private:
    static int count; // 静态数据成员，用于记录学生数量
    int studentID;
public:
    Student() {
        count++;
        studentID = count;
    }
    static int getCount() {
        return count;
    }
};

int Student::count = 0; // 初始化静态数据成员

int main() {
    Student s1, s2, s3;
    cout << "Total students: " << Student::getCount() << endl; // 输出学生数量
    // ...
    return 0;
}

4.单例模式: 静态成员可用于实现单例模式，确保一个类只有一个实例

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代码

class Singleton {
private:
    static Singleton* instance; // 静态指针成员，指向单一实例
    Singleton() { /* 构造函数私有化，防止外部实例化 */ }
public:
    static Singleton* getInstance() {
        if (!instance)
            instance = new Singleton();
        return instance;
    }
    // ...
};

Singleton* Singleton::instance = nullptr; // 初始化静态指针成员为 nullptr

int main() {
    Singleton* singleton = Singleton::getInstance(); // 获取单例实例
    // ...
    return 0;
}

5.日志记录： 在一个应用程序中使用静态成员来记录和管理日志信息

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代码

class Logger {
private:
    static std::ofstream logFile; // 静态文件流，用于日志记录
public:
    static void openLogFile(const std::string& filename) {
        logFile.open(filename);
    }
    static void log(const std::string& message) {
        if (logFile.is_open())
            logFile << message << std::endl;
    }
    static void closeLogFile() {
        logFile.close();
    }
};

std::ofstream Logger::logFile; // 初始化静态文件流

int main() {
    Logger::openLogFile("app.log");
    Logger::log("Application started.");
    // ...
    Logger::closeLogFile();
    return 0;
}

6.全局配置： 使用静态数据成员来保存全局配置设置

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代码

class AppConfig {
private:
    static int maxConnections; // 最大连接数
public:
    static void setMaxConnections(int max) {
        maxConnections = max;
    }
    static int getMaxConnections() {
        return maxConnections;
    }
};

int AppConfig::maxConnections = 100; // 初始化最大连接数

int main() {
    AppConfig::setMaxConnections(150);
    int max = AppConfig::getMaxConnections();
    // ...
    return 0;
}

7.数学常数： 在数学库中使用静态成员来提供常用的数学常数

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代码

class MathConstants {
public:
    static const double PI;
    static const double E;
};

const double MathConstants::PI = 3.141592653589793;
const double MathConstants::E = 2.718281828459045;

int main() {
    double circumference = 2 * MathConstants::PI * radius;
    // ...
    return 0;
}

8.数据库连接池： 使用静态成员来管理共享的数据库连接池

在这里插入图片描述

代码

class DBConnectionPool {
private:
    static std::vector<Connection> pool; // 静态连接池
public:
    static void initializePool(int size) {
        for (int i = 0; i < size; ++i) {
            pool.push_back(Connection());
        }
    }
    static Connection getConnection() {
        if (!pool.empty()) {
            Connection conn = pool.back();
            pool.pop_back();
            return conn;
        }
        throw std::runtime_error("Connection pool empty.");
    }
    static void releaseConnection(const Connection& conn) {
        pool.push_back(conn);
    }
};

std::vector<Connection> DBConnectionPool::pool; // 初始化静态连接池

int main() {
    DBConnectionPool::initializePool(10);
    Connection conn = DBConnectionPool::getConnection();
    // ...
    DBConnectionPool::releaseConnection(conn);
    return 0;
}

9.跟踪对象数量： 使用静态数据成员来跟踪特定类的实例数量

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代码

class ObjectCounter {
private:
    static int count; // 静态计数器，跟踪对象数量
public:
    ObjectCounter() {
        count++;
    }
    ~ObjectCounter() {
        count--;
    }
    static int getCount() {
        return count;
    }
};

int ObjectCounter::count = 0; // 初始化静态计数器

int main() {
    ObjectCounter obj1, obj2, obj3;
    std::cout << "Total objects: " << ObjectCounter::getCount() << std::endl;
    // ...
    return 0;
}

10.全局事件处理： 使用静态函数成员来处理全局事件，如系统信号

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代码

class EventHandler {
public:
    static void handleShutdownSignal() {
        // 处理关闭信号的逻辑
    }
    static void handleInterruptSignal() {
        // 处理中断信号的逻辑
    }
};

int main() {
    // 注册信号处理函数
    std::signal(SIGINT, EventHandler::handleInterruptSignal);
    std::signal(SIGTERM, EventHandler::handleShutdownSignal);
    // ...
    return 0;
}

11.全局资源管理： 使用静态成员来管理全局资源，如文件句柄

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代码

class ResourceManager {
private:
    static std::vector<FileHandle> openFiles; // 静态文件句柄列表
public:
    static FileHandle openFile(const std::string& filename) {
        FileHandle handle = openFileInternally(filename);
        openFiles.push_back(handle);
        return handle;
    }
    // ...
};

std::vector<FileHandle> ResourceManager::openFiles; // 初始化文件句柄列表

int main() {
    FileHandle file = ResourceManager::openFile("data.txt");
    // ...
    return 0;
}

12.全局配置管理： 使用静态成员来加载和管理全局配置信息

在这里插入图片描述

代码

class AppConfig {
private:
    static AppConfig instance; // 单例实例
    std::map<std::string, std::string> configData;
    AppConfig() {
        // 从配置文件加载配置数据
    }
public:
    static AppConfig& getInstance() {
        return instance;
    }
    std::string getConfigValue(const std::string& key) {
        return configData[key];
    }
};

AppConfig AppConfig::instance; // 初始化单例实例

int main() {
    std::string value = AppConfig::getInstance().getConfigValue("max_connections");
    // ...
    return 0;
}

13.回调-事件处理：在事件驱动的程序中，可以使用静态回调函数来响应特定事件

在这里插入图片描述

代码

class EventHandler {
public:
    static void onButtonClicked() {
        // 处理按钮点击事件的逻辑
    }
    static void onTextChanged(const std::string& newText) {
        // 处理文本变化事件的逻辑
    }
};

int main() {
    Button button;
    button.setClickCallback(EventHandler::onButtonClicked);
    TextBox textBox;
    textBox.setTextChangeCallback(EventHandler::onTextChanged);
    // ...
    return 0;
}

14.回调-异步回调：在异步编程中，可以使用静态回调函数来处理异步任务完成的通知

在这里插入图片描述

运行
在这里插入图片描述

代码

#include <iostream>
#include <functional>
#include <thread>

class AsyncTask {
public:
    typedef std::function<void(int result)> CompletionCallback;

    static int performActualTask(int input) {
        // 模拟耗时操作
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(2));
        return input * 2; // 模拟异步任务结果
    }

    static void performAsyncTask(int input, CompletionCallback callback) {
        std::thread([input, callback]() {
            int result = performActualTask(input);
            callback(result);
        }).detach();
    }
};

int main() {
    int input = 42;

    AsyncTask::performAsyncTask(input, [](int result) {
        std::cout << "Async task completed with result: " << result << std::endl;
    });

    // 主线程继续执行其他操作
    std::cout << "Main thread continues..." << std::endl;

    // 等待一段时间，以确保异步任务完成
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(3));

    return 0;
}

15.回调-插件化架构： 在插件化架构中，可以使用静态回调函数来扩展和定制主程序的功能

在这里插入图片描述

运行
在这里插入图片描述

代码

#include <iostream>
#include <functional>
#include <vector>

class Plugin {
public:
    typedef std::function<void()> ActionCallback;

    static void registerCustomAction(ActionCallback callback) {
        // 将回调函数注册为自定义动作
        customActions.push_back(callback);
    }

    static void executeCustomActions() {
        for (const ActionCallback& callback : customActions) {
            callback();
        }
    }

private:
    static std::vector<ActionCallback> customActions;
};

std::vector<Plugin::ActionCallback> Plugin::customActions;

int main() {
    Plugin::registerCustomAction([]() {
        std::cout << "Custom action 1 executed." << std::endl;
    });
    Plugin::registerCustomAction([]() {
        std::cout << "Custom action 2 executed." << std::endl;
    });
    Plugin::executeCustomActions();
    // ...
    return 0;
}

16.回调-回调集中管理： 使用静态回调函数集中管理程序中的不同事件和处理逻辑

在这里插入图片描述

运行
在这里插入图片描述

代码

#include <iostream>
#include <functional>
#include <map>

class CallbackManager {
public:
    typedef std::function<void()> Callback;

    static void registerCallback(const std::string& eventName, Callback callback) {
        eventCallbacks[eventName] = callback;
    }

    static void triggerEvent(const std::string& eventName) {
        auto it = eventCallbacks.find(eventName);
        if (it != eventCallbacks.end()) {
            (it->second)();
        }
    }

private:
    static std::map<std::string, Callback> eventCallbacks;
};

std::map<std::string, CallbackManager::Callback> CallbackManager::eventCallbacks;

int main() {
    CallbackManager::registerCallback("start", []() {
        std::cout << "Start event triggered." << std::endl;
    });
    CallbackManager::registerCallback("stop", []() {
        std::cout << "Stop event triggered." << std::endl;
    });
    CallbackManager::triggerEvent("start");
    CallbackManager::triggerEvent("stop");
    // ...
    return 0;
}

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