الدوال والمتغيرات الساكنة (Static)

جزء من قسم البرمجة كائنية التوجه في رحلة C++ على Coddy. الدرس 31 من 104.

لقد تعلّمت أن الأعضاء الساكنة مشتركة بين جميع الكائنات. والآن لنستكشف كيفية تعريف الأساليب الساكنة واستخدامها بشكل صحيح إلى جانب المتغيرات الساكنة.

يجب تعريف المتغيرات الساكنة المُعلنة داخل فئة خارج الفئة، وعادةً ما يكون ذلك في ملف مصدر. ويرجع ذلك إلى أن الأعضاء الساكنة تحتاج إلى موقع تخزين واحد بالضبط تشترك فيه جميع الكائنات:

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

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

تنتمي الطريقة الساكنة إلى الفئة، وليس إلى أي كائن. ولهذا نتيجة مهمة: لا يمكن للطرق الساكنة الوصول إلى أعضاء النسخة 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 الثابتة
    }
};

double MathUtils::pi = 3.14159;

// يُستدعى بدون كائن
double area = MathUtils::circleArea(5.0);

تُعدّ methods الثابتة مثاليةً للدوال المساعدة التي لا تحتاج إلى حالة الكائن، أو methods المصنع التي تُنشئ الكائنات، أو للوصول إلى البيانات الثابتة. وبما أنها لا تتطلب مثيلًا من الكائن، فإنك تستدعيها باستخدام اسم class وعامل حلّ النطاق: ClassName::methodName().

التحدي

سهل

لنبنِ نظامًا فريدًا لتوليد المعرّفات يوضّح كيفية عمل الأساليب والمتغيرات static معًا لتوفير وظائف على مستوى الفئة دون الحاجة إلى مثيلات للكائنات.

ستنشئ ملفين لتنظيم التعليمات البرمجية:

IDGenerator.h: عرّف فئة IDGenerator تُنشئ معرّفات فريدة متسلسلة. يجب أن تحتوي فئتك على:
- عضو static خاص nextId يتتبّع المعرّف التالي الذي سيتم تعيينه (يبدأ عند 1000)
- عضو static خاص prefix (من النوع string) يخزّن بادئة قابلة للتخصيص لجميع المعرّفات
- أسلوب static setPrefix(const std::string& p) يغيّر البادئة
- أسلوب static getNextId() يعيد string تجمع بين البادئة ورقم المعرّف الحالي، ثم تزيد nextId للنداء التالي
- أسلوب static peekNextId() يعيد قيمة المعرّف التالي المتوقعة دون زيادة العداد
- أسلوب static getGeneratedCount() يعيد عدد المعرّفات التي تم توليدها (تلميح: احسب القيمة انطلاقًا من قيمة البدء وnextId الحالية)
- أسلوب static reset() يعيد ضبط nextId إلى 1000
تذكّر أن تعرّف الأعضاء static خارج الفئة بعد تعريف الفئة. هيّئ prefix إلى "ID-".
main.cpp: وضّح استدعاء الأساليب static باستخدام اسم الفئة دون إنشاء أي كائنات. اقرأ بادئة مخصصة من الإدخال، ثم:
- اطبع "Peek: <peeked_id>" باستخدام peekNextId()
- ولّد ثلاثة معرّفات باستخدام getNextId() واطبع كلًّا منها بالشكل "Generated: <id>"
- اطبع "Count: <count>" لعرض عدد المعرّفات التي تم توليدها
- غيّر البادئة باستخدام قيمة الإدخال مع setPrefix()
- ولّد معرّفين إضافيين واطبع كلًّا منهما بالشكل "Generated: <id>"
- اطبع "Count: <count>" مرة أخرى
- استدعِ reset()
- اطبع "After reset - Peek: <peeked_id>"
- اطبع "After reset - Count: <count>"

لاحظ أنك لا تنشئ مطلقًا كائنًا من IDGenerator: إذ يتم استدعاء جميع الأساليب مباشرةً على الفئة باستخدام IDGenerator::methodName(). هذه هي السمة الأساسية للأساليب static: فهي تنتمي إلى الفئة نفسها، وليس إلى أي مثيل محدد.

ضمّن <string> و<iostream> في ملف الترويسة، ولا تنسَ حواجز الترويسة.

جرّب بنفسك

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

using namespace std;

int main() {
    // اقرأ البادئة المخصصة من الإدخال
    string customPrefix;
    cin >> customPrefix;
    
    // TODO: اطبع "Peek: <peeked_id>" باستخدام peekNextId()
    
    // TODO: أنشئ ثلاثة معرفات باستخدام getNextId() واطبع كل واحد كـ "Generated: <id>"
    
    // TODO: اطبع "Count: <count>" موضحًا كم عدد المعرفات التي تم إنشاؤها
    
    // TODO: غيّر البادئة باستخدام قيمة الإدخال مع setPrefix()
    
    // TODO: أنشئ معرفين إضافيين واطبع كل واحد كـ "Generated: <id>"
    
    // TODO: اطبع "Count: <count>" مرة أخرى
    
    // TODO: استدعِ reset()
    
    // TODO: Print "After reset - Peek: <peeked_id>"
    
    // TODO: Print "After reset - Count: <count>"
    
    return 0;
}