C++のテンプレートと静的変数の仕組みを徹底解説

この記事では、C++におけるテンプレート（template）と静的変数（static変数）がどのように相互作用するのかを、具体的なサンプルコードを通して解説します。

重要なポイント：テンプレートの各インスタンスは独立している

C++では、関数テンプレートやクラステンプレートを実体化すると、型ごとに独立したインスタンスが生成されます。そのため、テンプレート内で宣言されたstatic変数も、各インスタンスがそれぞれ独自のローカルコピーを持つことになります。これはC++プログラミングにおいて非常に重要な挙動です。

サンプルコード

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename T>
void fun(const T& x) {
    static int i = 10;
    cout << ++i;
    return;
}

int main() {
    fun<int>(1);      // 11 を出力
    cout << endl;
    fun<int>(2);      // 12 を出力
    cout << endl;
    fun<double>(1.1); // 再び 11 を出力
    cout << endl;
    getchar();
    return 0;
}

実行結果

11
12
11

コードの解説

このプログラムの出力結果には、テンプレートとstatic変数の重要な特徴が表れています。

1回目・2回目の呼び出し： fun<int> は同じ int 型のインスタンスであるため、内部のstatic変数 i は共有された同一の変数です。1回目の呼び出しで i が10から11にインクリメントされ、2回目の呼び出しではその値が保持されたまま12になります。

3回目の呼び出し： fun<double> は double 型として新しく実体化された別のインスタンスです。そのため、static変数 i も新たに生成され、初期値10からカウントが始まり、再び11が出力されます。

まとめ

テンプレート内のstatic変数は「テンプレート全体で1つ」ではなく、「実体化された型ごとに1つずつ」存在します。この挙動を理解しておくと、型ごとに独立したカウンタやキャッシュなどをテンプレート関数・クラステンプレート内で安全に実装できるようになります。クラステンプレートのstaticメンバ変数についても同様に、型ごとに別々の実体が生成される点に注意してください。