الدوال والمتغيرات الساكنة (Static)

جزء من قسم Object Oriented Programming في رحلة C++ على Coddy — الدرس 31 من 104.

لقد تعلمت أن static members يتم مشاركتها عبر جميع الكائنات. الآن دعنا نستكشف كيفية تعريف واستخدام static methods بشكل صحيح إلى جانب static variables.

المتغيرات الساكنة (Static variables) المعلن عنها داخل الفئة (class) يجب أن يتم تعريفها خارج الفئة، وعادةً ما يكون ذلك في ملف المصدر. وذلك لأن الأعضاء الساكنة تحتاج إلى موقع تخزين واحد فقط مشترك بين جميع الكائنات:

class Counter {
    static int count;    // تصريح فقط
    
public:
    Counter() { count++; }
    ~Counter() { count--; }
    
    static int getCount() {    // دالة ساكنة
        return count;
    }
};

// تعريف - مطلوب خارج الفئة
int Counter::count = 0;

تنتمي الـ static method (الطريقة الثابتة) إلى الفئة، وليس إلى أي كائن. وهذا له نتيجة مهمة: لا يمكن للطرق الثابتة الوصول إلى أعضاء المثيل أو استخدام مؤشر this، لأنها لا تُستدعى على أي كائن محدد.

class MathUtils {
    static double pi;
    
public:
    static double circleArea(double radius) {
        return pi * radius * radius;    // يمكن الوصول إلى الأعضاء الساكنة (static members)
    }
};

double MathUtils::pi = 3.14159;

// يتم استدعاؤه بدون كائن (object)
double area = MathUtils::circleArea(5.0);

تعد الطرق الساكنة (Static methods) مثالية للدوال المساعدة التي لا تحتاج إلى حالة الكائن، أو طرق المصنع (factory methods) التي تنشئ الكائنات، أو الوصول إلى البيانات الساكنة. وبما أنها لا تتطلب مثيلاً للكائن، فإنك تستدعيها باستخدام اسم الفئة وعامل دقة النطاق: ClassName::methodName().

التحدي

سهل

لنقم ببناء نظام مولد معرفات (ID) فريد يوضح كيفية عمل الدوال والمتغيرات الساكنة (static) معاً لتوفير وظائف على مستوى الفئة (class) دون الحاجة إلى إنشاء كائنات (instances).

ستقوم بإنشاء ملفين لتنظيم الكود الخاص بك:

IDGenerator.h: قم بتعريف فئة IDGenerator التي تولد معرفات فريدة متسلسلة. يجب أن تحتوي الفئة على:
- عضو ساكن خاص (private static member) باسم nextId يتتبع المعرف التالي الذي سيتم تعيينه (يبدأ من 1000)
- عضو ساكن خاص (private static member) باسم prefix (سلسلة نصية string) يخزن بادئة قابلة للتخصيص لجميع المعرفات
- دالة ساكنة (static method) باسم setPrefix(const std::string& p) تقوم بتغيير البادئة
- دالة ساكنة (static method) باسم getNextId() تعيد سلسلة نصية تجمع بين البادئة ورقم المعرف الحالي، ثم تزيد nextId للمكالمة التالية
- دالة ساكنة (static method) باسم peekNextId() تعيد ما سيكون عليه المعرف التالي دون زيادة العداد
- دالة ساكنة (static method) باسم getGeneratedCount() تعيد عدد المعرفات التي تم توليدها (تلميح: احسبها من القيمة الابتدائية وقيمة nextId الحالية)
- دالة ساكنة (static method) باسم reset() تعيد تعيين nextId إلى 1000
تذكر تعريف أعضائك الساكنة خارج الفئة بعد تعريف الفئة. قم بتهيئة prefix إلى "ID-".
main.cpp: قم بتوضيح استدعاء الدوال الساكنة باستخدام اسم الفئة دون إنشاء أي كائنات. اقرأ بادئة مخصصة من المدخلات، ثم:
- اطبع "Peek: <peeked_id>" باستخدام peekNextId()
- قم بتوليد ثلاثة معرفات باستخدام getNextId() واطبع كل منها كـ "Generated: <id>"
- اطبع "Count: <count>" لتوضيح عدد المعرفات التي تم توليدها
- قم بتغيير البادئة باستخدام القيمة المدخلة مع setPrefix()
- قم بتوليد معرفين إضافيين واطبع كل منهما كـ "Generated: <id>"
- اطبع "Count: <count>" مرة أخرى
- استدعِ reset()
- اطبع "After reset - Peek: <peeked_id>"
- اطبع "After reset - Count: <count>"

لاحظ أنك لا تقوم أبداً بإنشاء كائن IDGenerator — يتم استدعاء جميع الدوال مباشرة على الفئة باستخدام IDGenerator::methodName(). هذه هي الخاصية الأساسية للدوال الساكنة: فهي تنتمي إلى الفئة نفسها، وليس إلى أي كائن معين.

قم بتضمين <string> و <iostream> في ملف الترويسة (header file)، ولا تنسَ حراس الترويسة (header guards).

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include <string>
#include "IDGenerator.h"

using namespace std;

int main() {
    // قراءة البادئة المخصصة من المدخلات
    string customPrefix;
    cin >> customPrefix;
    
    // TODO: طباعة "Peek: <peeked_id>" باستخدام peekNextId()
    
    // TODO: إنشاء ثلاثة معرفات باستخدام getNextId() وطباعة كل منها كـ "Generated: <id>"
    
    // TODO: طباعة "Count: <count>" لتوضيح عدد المعرفات التي تم إنشاؤها
    
    // TODO: تغيير البادئة باستخدام القيمة المدخلة مع setPrefix()
    
    // TODO: إنشاء معرفين إضافيين وطباعة كل منهما كـ "Generated: <id>"
    
    // TODO: طباعة "Count: <count>" مرة أخرى
    
    // TODO: استدعاء reset()
    
    // TODO: طباعة "After reset - Peek: <peeked_id>"
    
    // TODO: طباعة "After reset - Count: <count>"
    
    return 0;
}