面试题：C++ 中 static 的作用？什么场景下用到 static？

在 C++ 中，static 是一个关键字，具有多种用途，具体作用取决于它的使用场景。以下是 static 的主要作用和使用场景：

1. 静态局部变量

作用：在函数内部定义的静态局部变量，其生命周期延长到整个程序运行期间，但作用域仍限于函数内部。
特点：
- 只初始化一次，即使函数多次调用，静态局部变量的值也会保留。
- 默认初始化为 0（对于基本数据类型）。
使用场景：
- 用于记录函数调用次数或保存函数调用之间的状态。

示例：

void counter() {
    static int count = 0; // 静态局部变量
    count++;
    std::cout << "Count: " << count << std::endl;
}

int main() {
    counter(); // 输出 Count: 1
    counter(); // 输出 Count: 2
    counter(); // 输出 Count: 3
    return 0;
}

2. 静态成员变量

作用：在类中定义的静态成员变量属于类本身，而不是类的某个对象。所有对象共享同一个静态成员变量。
特点：
- 必须在类外定义和初始化。
- 不依赖于对象，可以通过类名直接访问。
使用场景：
- 用于存储类的共享数据（如计数器、全局配置等）。

示例：

class MyClass {
public:
    static int count; // 静态成员变量声明
    MyClass() { count++; }
};

int MyClass::count = 0; // 静态成员变量定义和初始化

int main() {
    MyClass obj1;
    MyClass obj2;
    std::cout << "Count: " << MyClass::count << std::endl; // 输出 Count: 2
    return 0;
}

3. 静态成员函数

作用：静态成员函数属于类本身，而不是类的某个对象。它只能访问静态成员变量和其他静态成员函数。
特点：
- 不依赖于对象，可以通过类名直接调用。
- 没有 this 指针，因此不能访问非静态成员变量或函数。
使用场景：
- 用于操作静态成员变量或提供与类相关的工具函数。

示例：

class MyClass {
public:
    static int count;
    static void printCount() { // 静态成员函数
        std::cout << "Count: " << count << std::endl;
    }
};

int MyClass::count = 0;

int main() {
    MyClass::printCount(); // 输出 Count: 0
    return 0;
}

4. 静态全局变量和函数

作用：在全局作用域中，static 用于限制变量或函数的作用域为当前文件（即内部链接）。
特点：
- 静态全局变量或函数只能在定义它们的文件中访问，其他文件无法访问。
使用场景：
- 用于隐藏实现细节，避免命名冲突。

示例：

// file1.cpp
static int hiddenVar = 10; // 静态全局变量，只能在 file1.cpp 中访问
static void hiddenFunc() { // 静态函数，只能在 file1.cpp 中访问
    std::cout << "Hidden Function" << std::endl;
}

// file2.cpp
extern int hiddenVar; // 错误：hiddenVar 不可见
extern void hiddenFunc(); // 错误：hiddenFunc 不可见

5. 总结

使用场景	作用
静态局部变量	延长局部变量的生命周期，保留函数调用之间的状态。
静态成员变量	类的共享数据，所有对象共享同一个变量。
静态成员函数	类的共享函数，不依赖于对象，只能访问静态成员。
静态全局变量/函数	限制作用域为当前文件，避免命名冲突。

6. 使用场景示例

计数器：
- 使用静态局部变量或静态成员变量记录函数调用次数或对象创建次数。

单例模式：

使用静态成员变量和静态成员函数实现单例模式。

class Singleton {
public:
    static Singleton& getInstance() {
        static Singleton instance; // 静态局部变量，保证唯一性
        return instance;
    }
private:
    Singleton() {} // 私有构造函数
};