الدوال والمتغيرات الساكنة (Static)

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

لقد تعلمت أن الأعضاء الثابتة (static members) يتم مشاركتها عبر جميع الكائنات. الآن دعنا نستكشف كيفية تعريف واستخدام الأساليب الثابتة (static methods) بشكل صحيح إلى جانب المتغيرات الثابتة (static variables).

يجب تعريف المتغيرات الساكنة (static variables) المصرح عنها داخل الفئة (class) 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 ثابتة (Static method)
        return count;
    }
};

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

تنتمي الدالة الساكنة (static method) إلى الكلاس (class)، وليس إلى أي كائن (object). ولهذا نتيجة مهمة: لا يمكن للدوال الساكنة الوصول إلى أعضاء النسخة (instance members) 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
double area = MathUtils::circleArea(5.0);

تعتبر الدوال الساكنة (Static methods) مثالية للدوال المساعدة التي لا تحتاج إلى حالة الكائن، أو دوال المصنع التي تنشئ الكائنات، أو للوصول إلى البيانات الساكنة. وبما أنها لا تتطلب نسخة من الكائن، يتم استدعاؤها باستخدام اسم الفئة ومعامل 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 بواسطة 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) الخاص بك، ولا تنسَ حراس الترويسة (header guards).

ورقة مرجعية

يجب تعريف المتغيرات الساكنة (Static variables) المصرح عنها داخل الفئة (class) خارج الفئة. تحتاج الأعضاء الساكنة إلى موقع تخزين واحد بالضبط تشترك فيه جميع الكائنات:

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

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

تنتمي الدالة الساكنة (static method) إلى الفئة، وليس إلى أي كائن. لا يمكن للدوال الساكنة الوصول إلى أعضاء النسخة (instance members) أو استخدام مؤشر this لأنها لا تُستدعى على كائن محدد:

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

double MathUtils::pi = 3.14159;

// تُستدعى بدون كائن باستخدام اسم الفئة
double area = MathUtils::circleArea(5.0);

تُستدعى الدوال الساكنة باستخدام اسم الفئة وعامل دقة النطاق (scope resolution operator): ClassName::methodName(). وهي مثالية للدوال المساعدة التي لا تحتاج إلى حالة الكائن، أو دوال المصنع (factory methods)، أو الوصول إلى البيانات الساكنة.

جرّب بنفسك

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

using namespace std;

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