静的メンバ

静的メンバ（static member）について記載します。

クラス定義の内側では、キーワード static はクラスのインスタンスに束縛されないメンバを宣言します。
クラス定義の外側では、キーワード static は別の意味を持ちます。

構文

(1) 静的データメンバを宣言します。

(2) 静的メンバ関数を宣言します。

説明

クラスの静的メンバはクラスのオブジェクトに紐づけられません。それらは静的またはスレッド(c++11以上)の記憶域期間を持つ独立した変数または普通の関数です。

static キーワードはクラス定義の内側での静的メンバの宣言でのみ使用され、静的メンバの定義では使用されません。

class X { static int n; };   // 宣言（「static」を使用します）
int X::n = 1;                // 定義（「static」を使用しません）

クラス本体内の宣言は定義ではなく、メンバを不完全型（void を除きます）であるように宣言しても構いません。

struct S
{
    static int a[];          // 宣言、不完全型
    static S s;              // 宣言、不完全型（自身の定義の内側）
};

int S::a[10];                // 定義、完全型
S S::s;                      // 定義、完全型

静的メンバ関数

静的メンバ関数はいかなるオブジェクトにも紐づけられません。呼ばれたとき、this ポインタはありません。
静的メンバ関数は virtual, const, volatileにできません。
静的メンバ関数のアドレスは普通の関数へのポインタに格納できますが、メンバ関数へのポインタには格納できません。

静的メンバ変数

静的データメンバはいかなるオブジェクトにも紐づけられません。これらはたとえそのクラスのオブジェクトが定義されなくても存在します。静的データメンバのインスタンスはプログラム全体で一つだけ存在し、静的記憶域期間を持ちます。ただしキーワード thread local が使用された場合は異なり、その場合はスレッドごとに一つのオブジェクトが存在し、スレッド記憶域期間を持ちます。（c++11以上）

静的データメンバは mutable にできません。

名前空間スコープのクラスの静的データメンバは、そのクラス自身が外部リンケージを持つ場合（すなわち無名名前空間のメンバでない）は外部リンケージを持ちます。ローカルクラス及び無名クラスは静的データメンバを持つことはできません。

struct X
{
    inline static int n = 1;
};

struct X
{
    const static int n = 1;
    const static int m{2};    // c++11 以上
    const static int k;       // これは未初期化なので宣言外部で定義が必要
};
const int X::k = 3;

struct X {
    constexpr static int arr[] = { 1, 2, 3 };            // OK
    constexpr static std::complex<double> n = { 1, 2 };  // OK
    constexpr static int k;                              // エラー、constexpr static は初期化子が必要
};

参考

• 静的メンバ
  https://ja.cppreference.com/w/cpp/language/static
• C++11 standard (ISO/IEC 14882:2011): 9.4 Static members [class.static]
• C++98 standard (ISO/IEC 14882:1998): 9.4 Static members [class.static]