Từ khóa static trong C#: lớp, phương thức và field tĩnh

static đánh dấu một thành viên thuộc về kiểu, không thuộc về đối tượng. Field của instance tồn tại một bản cho mỗi đối tượng; field tĩnh chỉ tồn tại đúng một bản. Phương thức của instance chạy trên một đối tượng (order.Ship()); phương thức tĩnh chạy trên kiểu (Math.Round(x)) và hoàn toàn không cần đối tượng.

Field tĩnh: một bản, dùng chung

Cách rõ nhất để thấy sự khác biệt là một bộ đếm. Mỗi Order có Id riêng, nhưng số đơn hàng đã tạo đến giờ phải nằm ở một nơi dùng chung.

using System;

class Order
{
    private static int created;   // one copy for the whole program
    public int Id { get; }        // one copy per order
    public string Customer { get; }

    public Order(string customer)
    {
        created++;
        Id = created;
        Customer = customer;
    }

    public static int Created => created;
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        var a = new Order("Ana");
        var b = new Order("Ben");
        var c = new Order("Chen");

        Console.WriteLine($"{a.Customer} #{a.Id}, {b.Customer} #{b.Id}, {c.Customer} #{c.Id}");
        Console.WriteLine($"Orders created: {Order.Created}");
    }
}

Đầu ra:

Ana #1, Ben #2, Chen #3
Orders created: 3

Thành viên tĩnh được truy cập qua tên kiểu: Order.Created, không phải a.Created. C# không cho phép truy cập thành viên tĩnh qua một instance (lỗi CS0176), nhờ đó ở nơi gọi luôn thấy rõ giá trị này là dùng chung.

Phương thức tĩnh

Phương thức tĩnh không có this. Nó chỉ làm việc với tham số của mình và với các thành viên tĩnh khác. Vì vậy đây là dạng tự nhiên cho những hàm tiện ích tính toán từ đầu vào:

using System;

class Pricing
{
    public static decimal WithVat(decimal net, decimal rate) => Math.Round(net * (1 + rate), 2);

    public static string Format(decimal amount) => amount.ToString("0.00") + " EUR";
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        decimal gross = Pricing.WithVat(49.90m, 0.23m);
        Console.WriteLine(Pricing.Format(gross));
        Console.WriteLine(Math.Max(3, 7)); // Math is full of static methods
    }
}

Đầu ra:

61.38 EUR
7

Bản thân Main cũng là tĩnh: runtime gọi nó trước khi có bất kỳ đối tượng nào.

Lỗi CS0120: code tĩnh dùng thành viên của instance

Vì Main là tĩnh, người mới học thường gặp lỗi này ngay khi thêm phương thức thứ hai:

class Program
{
    int visits;
    void Greet() { Console.WriteLine("Hello"); }

    static void Main()
    {
        Greet();    // error CS0120: An object reference is required for the non-static field, method, or property 'Program.Greet()'
        visits++;   // error CS0120: An object reference is required for the non-static field, method, or property 'Program.visits'
    }
}

Phương thức tĩnh không có đối tượng, nên không có visits nào để nó tăng lên. Có hai cách sửa, và cách đúng tùy vào bản chất của thành viên đó:

• Thành viên đó thực sự là dữ liệu riêng của từng đối tượng: tạo một đối tượng và dùng nó. var app = new Program(); app.Greet();
• Thành viên đó không cần trạng thái đối tượng: đánh dấu nó là static. static void Greet() { ... }

Đánh dấu mọi thứ là static để lỗi biến mất thì được với chương trình nhỏ xíu, nhưng sẽ thành trạng thái toàn cục trong chương trình thật. Hãy quyết định bằng cách tự hỏi dữ liệu đó thuộc về một đối tượng hay thuộc về cả chương trình.

Chiều ngược lại luôn được phép: phương thức của instance có thể thoải mái gọi thành viên tĩnh.

Lớp tĩnh

Lớp được khai báo static chỉ chứa được thành viên tĩnh và không bao giờ tạo instance được. Nó là một nhóm hàm và hằng số có tên.

using System;

static class Temperature
{
    public const decimal FreezingC = 0m;

    public static decimal ToFahrenheit(decimal c) => c * 9 / 5 + 32;
    public static decimal ToCelsius(decimal f) => (f - 32) * 5 / 9;
    public static bool IsFreezing(decimal c) => c <= FreezingC;
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine(Temperature.ToFahrenheit(25m));
        Console.WriteLine(Temperature.ToCelsius(212m));
        Console.WriteLine(Temperature.IsFreezing(-3m));
        // var t = new Temperature(); // error CS0712: Cannot create an instance of the static class 'Temperature'
    }
}

Đầu ra:

77
100
True

Trình biên dịch buộc phải tuân theo quy ước này: thành viên instance bên trong lớp tĩnh là lỗi CS0708, và dùng new với nó là lỗi CS0712. Math, Console, File, Path và Enumerable đều là lớp tĩnh. Extension method cũng phải nằm trong một lớp tĩnh.

Hàm khởi tạo tĩnh và static readonly

Field tĩnh cần nhiều hơn một biểu thức để có giá trị có thể được gán trong hàm khởi tạo tĩnh (static constructor), được runtime chạy đúng một lần, trước khi kiểu được dùng lần đầu:

using System;
using System.Collections.Generic;

class ShippingRates
{
    public static readonly IReadOnlyDictionary<string, decimal> ByCountry;
    public static readonly DateTime LoadedOn = new DateTime(2026, 1, 1);

    static ShippingRates()
    {
        Console.WriteLine("ShippingRates initialized");
        ByCountry = new Dictionary<string, decimal> { ["PT"] = 4.90m, ["ES"] = 5.50m, ["FR"] = 6.20m };
    }
}

class Program
{
    static void Main()
    {
        Console.WriteLine("Before first use");
        Console.WriteLine(ShippingRates.ByCountry["ES"]);
        Console.WriteLine(ShippingRates.ByCountry.Count);
        Console.WriteLine(ShippingRates.LoadedOn.ToString("yyyy-MM-dd"));
    }
}

Đầu ra:

Before first use
ShippingRates initialized
5.50
3
2026-01-01

readonly nghĩa là field chỉ được gán trong phần khởi tạo của nó hoặc trong hàm khởi tạo tĩnh. Sau đó không thể gán lại, dù đối tượng mà nó trỏ tới vẫn có thể thay đổi được, đó là lý do từ điển được công khai dưới dạng IReadOnlyDictionary.

const và static readonly

Cả hai đều cho bạn một giá trị có tên dùng chung cho cả chương trình, và khác nhau ở thời điểm giá trị được cố định:

Hàng về việc sao chép quan trọng với thư viện: nếu assembly A khai báo public const int MaxItems = 50; và assembly B dùng nó, B sẽ chứa literal 50. Đổi A thành 100 không ảnh hưởng gì đến B cho đến khi B được biên dịch lại. Với giá trị có thể thay đổi giữa các phiên bản, hãy ưu tiên static readonly.

using static

Chỉ thị using static (C# 6) nhập các thành viên tĩnh của một kiểu, để bạn gọi chúng mà không cần tên kiểu:

using System;
using static System.Math;
using static System.Console;

class Program
{
    static void Main()
    {
        double radius = 3;
        double area = PI * Pow(radius, 2);
        WriteLine($"Area: {area:F2}");
        WriteLine(Max(12, 40));
    }
}

Đầu ra:

Area: 28.27
40

Cách này đọc rất gọn với code nhiều phép toán. Ở chỗ khác thì nên dùng hạn chế: một lời gọi WriteLine hay Parse đứng trơ trọi sẽ che mất phương thức đến từ kiểu nào.

Trạng thái tĩnh và luồng

Field tĩnh được dùng chung bởi mọi luồng trong tiến trình. Tăng nó từ nhiều luồng cùng lúc sẽ làm mất cập nhật, vì created++ gồm một lần đọc, một phép cộng và một lần ghi, và hai luồng có thể xen kẽ chúng. Hãy dùng Interlocked.Increment(ref created) cho bộ đếm, hoặc lock cho những gì lớn hơn. Ứng dụng web là nơi lỗi này hay xảy ra nhất: mỗi request chạy trên một luồng nào đó, nên field tĩnh chứa "người dùng hiện tại" sẽ bị mọi người dùng dùng chung.

Một điểm tinh tế nữa: trong lớp generic, mỗi kiểu được tạo ra có field tĩnh riêng. Cache<int>.Count và Cache<string>.Count là hai field khác nhau.

Khi nào dùng static

Nên dùng:

• Hàm tiện ích thuần tính kết quả từ đối số: định dạng, chuyển đổi, kiểm tra dữ liệu.
• Hằng số và dữ liệu tra cứu chỉ đọc dùng chung cho cả chương trình.
• Factory method, như TimeSpan.FromMinutes(5) hoặc Temperature.FromCelsius(21) của riêng bạn.
• Extension method.

Không nên dùng:

• Trạng thái toàn cục có thể thay đổi (người dùng hiện tại, giỏ hàng, cài đặt hay thay đổi). Nó ràng buộc mọi đoạn code chạm vào nó và khiến các bài kiểm thử phụ thuộc vào phần còn sót lại của nhau.
• Bất cứ thứ gì bạn sẽ muốn thay thế khi kiểm thử, như đồng hồ, cơ sở dữ liệu hay dịch vụ gửi email. Lời gọi tĩnh không thể thay bằng bản giả; một instance được truyền vào hàm khởi tạo thì có thể.