第十單元面向對象二：靜態類與靜態成員

前言我們天天都在使用 Console.WriteLine("Hello world"); Console.ReadLine(""); Arrays.Sort() 為什麼Console 類調用方法不需要實例化而可以直接調用呢？我們可以查看Console的源碼發現Console類定義如下 ...

前言

我們天天都在使用

Console.WriteLine("Hello world");

Console.ReadLine("");

Arrays.Sort()

為什麼Console 類調用方法不需要實例化而可以直接調用呢？

我們可以查看Console的源碼發現Console類定義如下：

public static class Console
{
    // ... 
}

我們發現 Console 類前面有個 static 關鍵字修飾，我們把 static 修飾的類叫作 靜態類

1. 靜態類

static關鍵字的作用

static是靜態的意思，可以修飾成員變數和成員方法。
static修飾成員變數表示該成員變數只在記憶體中只存儲一份，可以被共用訪問、修改。

public static class MyConsole 
{
    // 靜態構造方法
    static MyConsole()
    {

    }
    // 靜態變數
    public static string Title { get; set; }

    public static string Description {  get; set; }
    // 靜態方法
    public static void WriteLine(params string[] s)
    {

    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        MyConsole.Title = "Hello,靜態類";
        MyConsole.WriteLine("靜態方法調用");
    }
}

靜態類基本上與非靜態類相同，但存在一個差異：靜態類無法實例化。換句話說，無法使用 new 運算符創建類類型的變數。由於不存在任何實例變數，因此可以使用類名本身訪問靜態類的成員

與所有類類型的情況一樣，載入引用該類的程式時，.NET 運行時會載入靜態類的類型信息。程式無法確切指定類載入的時間。但是，可保證進行載入，以及在程式中首次引用類之前初始化其欄位並調用其靜態構造函數。靜態構造函數只調用一次，在程式所駐留的應用程式域的生存期內，靜態類會保留在記憶體中。

以下列表提供靜態類的主要功能：

只包含靜態成員。
無法進行實例化。
會進行密封。
不能包含實例構造函數。

因此，創建靜態類基本上與創建只包含靜態成員和私有構造函數的類相同。私有構造函數可防止類進行實例化。使用靜態類的優點是編譯器可以進行檢查，以確保不會意外地添加任何實例成員。編譯器可保證無法創建此類的實例。

靜態類會進行密封，因此不能繼承。它們不能繼承自任何類（除了 Object）。靜態類不能包含實例構造函數。但是，它們可以包含靜態構造函數。如果非靜態類包含了需要進行有意義的初始化的靜態成員，則它也應該定義一個靜態構造器。

2. 非靜態類的靜態成員

非靜態類

不被static 關鍵字修飾的類稱為非靜態類.

非靜態類可以包含靜態方法、欄位、屬性或事件。即使未創建類的任何實例，也可對類調用靜態成員。靜態成員始終按類名（而不是實例名稱）進行訪問。靜態成員只有一個副本存在（與創建的類的實例數無關）。靜態方法和屬性無法在其包含類型中訪問非靜態欄位和事件，它們無法訪問任何對象的實例變數，除非在方法參數中顯式傳遞它。

更典型的做法是聲明具有一些靜態成員的非靜態類（而不是將整個類都聲明為靜態）。靜態欄位的兩個常見用途是保留已實例化的對象數的計數，或是存儲必須在所有實例間共用的值。

靜態方法可以進行重載，但不能進行替代，因為它們屬於類，而不屬於類的任何實例。

雖然欄位不能聲明為 static const，不過 static const 欄位在其行為方面本質上是靜態的。它屬於類型，而不屬於類型的實例。因此，可以使用用於靜態欄位的相同 ClassName.MemberName 表示法來訪問 const 欄位。無需進行對象實例化。

C# 不支持靜態局部變數（即在方法範圍中聲明的變數）。

可在成員的返回類型之前使用 static 關鍵字聲明靜態類成員，如下麵的示例所示：

public class Cat // 非靜態類
{
    public string Name { get; set; } // 實例變數，屬於對象
    public static int Leg { get; set; } // 靜態成員變數，, 屬於類

    // 重載靜態方法run, 屬於類
    public static void Run()
    {
        // Console.WriteLine(this.Name);// 報錯，靜態方法中，不能訪問實例成員
        Console.WriteLine($"{Leg} 條腿的貓在跑步");// 正確，靜態類中可以訪問靜態成員變數
    }
    // 重載靜態方法run, 屬於類
    public static void Run(int speed)
    {
        Console.WriteLine($"{Leg} 條腿的貓在跑步，速度是：{speed}");
    }
    
    // 實例方法，屬於對象
    public void Eat()
    {
        // 實例方法既可以訪問成員變數，也可以訪問靜態變數
        Console.WriteLine($"{Leg} 條腿的 {this.Name} 在搶狗糧吃。") ; 
    }
}

在首次訪問靜態成員之前以及在調用構造函數（如果有）之前，會初始化靜態成員。若要訪問靜態類成員，請使用類的名稱（而不是變數名稱）指定成員的位置，如下麵的示例所示：

static void Main(string[] args)
{
    Cat.Leg = 4;
    Cat.Run(30);
    
    Cat c = new Cat();
    c.Eat();
}

3. 靜態構造方法

靜態構造函數用於初始化任何靜態數據，或執行僅需執行一次的特定操作。將在創建第一個實例或引用任何靜態成員之前自動調用靜態構造函數。

class SimpleClass
{
    // Static variable that must be initialized at run time.
    static readonly long baseline;

    // Static constructor is called at most one time, before any
    // instance constructor is invoked or member is accessed.
    static SimpleClass()
    {
        baseline = DateTime.Now.Ticks;
    }
}

靜態構造函數具有以下屬性：

靜態構造函數不使用訪問修飾符或不具有參數。
類或結構只能有一個靜態構造函數。
靜態構造函數不能繼承或重載。
靜態構造函數不能直接調用，並且僅應由公共語言運行時 (CLR) 調用。可以自動調用它們。
用戶無法控制在程式中執行靜態構造函數的時間。
自動調用靜態構造函數。它在創建第一個實例或引用該類（不是其基類）中聲明的任何靜態成員之前初始化類。靜態構造函數在實例構造函數之前運行。調用（而不是分配）分配給事件或委托的靜態方法時，將調用類型的靜態構造函數。如果靜態構造函數類中存在靜態欄位變數初始值設定項，它們將以在類聲明中顯示的文本順序執行。初始值設定項緊接著執行靜態構造函數之前運行。
如果未提供靜態構造函數來初始化靜態欄位，會將所有靜態欄位初始化為其預設值，如 C# 類型的預設值中所列。
如果靜態構造函數引發異常，運行時將不會再次調用該函數，並且類型在應用程式域的生存期內將保持未初始化。大多數情況下，當靜態構造函數無法實例化一個類型時，或者當靜態構造函數中發生未經處理的異常時，將引發 TypeInitializationException 異常。對於未在源代碼中顯式定義的靜態構造函數，故障排除可能需要檢查中間語言 (IL) 代碼。
靜態構造函數的存在將防止添加 BeforeFieldInit 類型屬性。這將限制運行時優化。
聲明為 static readonly 的欄位可能僅被分配為其聲明的一部分或在靜態構造函數中。如果不需要顯式靜態構造函數，請在聲明時初始化靜態欄位，而不是通過靜態構造函數，以實現更好的運行時優化。
運行時在單個應用程式域中多次調用靜態構造函數。該調用是基於特定類型的類在鎖定區域中進行的。靜態構造函數的主體中不需要其他鎖定機制。若要避免死鎖的風險，請勿阻止靜態構造函數和初始值設定項中的當前線程。例如，不要等待任務、線程、等待句柄或事件，不要獲取鎖定，也不要執行阻止並行操作，如並行迴圈、Parallel.Invoke 和並行 LINQ 查詢。

單例模式實現

class MyDbContext
{
    private static MyDbContext _instance;
    // 禁止外部實例化
    private MyDbContext()
    {

    }

    public static string DbName;
    public static string UserName;
    public static string Password;
    
    // 靜態構造方法
    static MyDbContext()
    {
        DbName = "SqlServer";
        UserName = "sa";
        Password = "123456";
        // 實例化一次
        _instance = new MyDbContext();
    }
    // 對外提供訪問的路徑
    public MyDbContext Instance
    {
        get { return _instance; }
    }

    public void Connection()
    {

    }

    public void Abort()
    {

    }
}

4. 作業

定義一個靜態類 MyMath
在 MyMath類中實現兩個參數的方法：加，減，乘，除，平均數
重載：加，減，乘，除，平均數
定義一個非靜態類 CommonUtils, 任意聲明兩個實例成員變數與靜態成員變數
在CommonUtils類中，聲明一個實例方法，並輸出上述的實例成員變數與靜態成員變數。
在 CommonUtils 類中，聲明一個靜態方法，並輸出靜態成員變數。

視頻教程：

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或者：C# 最強入門編程(.Net 學習系列開山巨作)_嗶哩嗶哩_bilibili

海闊平魚躍，天高任我行,給我一片藍天,讓我自由翱翔。

第十單元 面向對象二：靜態類與靜態成員