【C++】类和对象（3）

继续学习类和对象的最后一部分知识，主要有初始化列表、static成员、友元、内部类、匿名对象等。

目录

再谈构造函数

构造函数体赋值

初始化列表

explicit关键字

static成员

概念

特性

友元

友元函数

友元类

内部类

匿名对象

拷贝对象时的一些编译器优化

再谈构造函数

构造函数体赋值

在创建对象时，编译器通过调用构造函数，给对象中各个成员变量一个合适的初始值。

  1. class Date
  2. {
  3. public:
  4. 	Date(int year, int month, int day)
  5. 	{
  6. 		_year = year;
  7. 		_month = month;
  8. 		_day = day;
  9. 	}
  10. private:
  11. 	int _year;
  12. 	int _month;
  13. 	int _day;
  14. };

虽然上述构造函数调用之后，对象中已经有了一个初始值，但是不能将其称为对对象中成员变量的初始化，构造函数体中的语句只能将其称为赋初值，而不能称作初始化。因为初始化只能初始化一次，而构造函数体内可以多次赋值。

初始化列表

初始化列表：以一个冒号开始，接着是一个以逗号分隔的数据成员列表，每个"成员变量"后面跟一个放在括号中的初始值或表达式。

  1. class Date
  2. {
  3. public:
  4. 	Date(int year, int month, int day)
  5. 		: _year(year)
  6. 		, _month(month)
  7. 		, _day(day)
  8. 	{}
  9. private:
  10. 	int _year;
  11. 	int _month;
  12. 	int _day;
  13. };

注意：

1.每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(初始化只能初始化一次）

2.类中包含的以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化：

引用成员变量

const成员变量
自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)

而对于其他成员，可以在初始化列表，也可以在函数体内，但是建议在初始化列表。 

  1. class Date
  2. {
  3. public:
  4. 	//初始化列表
  5. 	Date(int year, int month, int day, int x)
  6. 		:_year(year)
  7. 		, _month(month)
  8. 		, _day(day)
  9. 		, _n(1)
  10. 		, _ref(x)
  11. 		, _aa(1)
  12. 	{}
  13. 	//能用初始化列表就用初始化列表
  14. private:
  15. 	int _year = 1;
  16. 	int _month = 1;
  17. 	int _day;
  18.  
  19. 	//必须走初始化列表
  20. 	const int _n;
  21. 	int& _ref;
  22. 	A _aa;
  23. };
  24.  
  25. int main()
  26. {
  27. 	Date d1(2014, 1, 25,6);
  28.  
  29. 	return 0;
  30. }

3.尽量使用初始化列表初始化，因为不管你是否使用初始化列表，对于自定义类型成员变量，一定会先使用初始化列表初始化。

4. 成员变量在类中声明次序就是其在初始化列表中的初始化顺序，与其在初始化列表中的先后次序无关。因此，建议成员变量声明顺序和初始化列表顺序保持一致。

来看一下这样一个程序：

  1. class A
  2. {
  3. public:
  4. 	A(int a)
  5. 		:_a1(a)
  6. 		, _a2(_a1)
  7. 	{}
  8. 	void Print() {
  9. 		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
  10. 	}
  11. private:
  12. 	int _a2;
  13. 	int _a1;
  14. };
  15. int main() {
  16. 	A aa(1);
  17. 	aa.Print();
  18. } 
  19. //A.输出1 1
  20. //B.程序崩溃
  21. //C.编译不通过
  22. //D.输出1 随机值

答案是D。因为_a2先声明，所以先初始化_a2,为随机值，在初始化_a1为1。 

explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数或者除第一个参数无默认值其余均有默认值
的构造函数，还具有类型转换的作用。

  1. class Date
  2. {
  3. public:
  4. 	// 1. 单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用
  5. // explicit修饰构造函数，禁止类型转换---explicit去掉之后，代码可以通过编译
  6. 	explicit Date(int year)
  7. 		:_year(year)
  8. 	{}
  9. 	/*
  10. 	// 2. 虽然有多个参数，但是创建对象时后两个参数可以不传递，没有使用explicit修饰，具
  11. 	有类型转换作用
  12. 	// explicit修饰构造函数，禁止类型转换
  13. 	explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
  14. 	: _year(year)
  15. 	, _month(month)
  16. 	, _day(day)
  17. 	{}
  18. 	*/
  19. 	Date& operator=(const Date& d)
  20. 	{
  21. 		if (this != &d)
  22. 		{
  23. 			_year = d._year;
  24. 			_month = d._month;
  25. 			_day = d._day;
  26. 		}
  27. 		return *this;
  28. 	}
  29. private:
  30. 	int _year;
  31. 	int _month;
  32. 	int _day;
  33. };
  34. void Test()
  35. {
  36. 	Date d1(2022);
  37. 	// 用一个整形变量给日期类型对象赋值
  38. 	// 实际编译器背后会用2023构造一个无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值
  39. 	d1 = 2023;
  40. 	// 将1屏蔽掉，2放开时则编译失败，因为explicit修饰构造函数，禁止了单参构造函数类型转换的作用
  41. }

用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。

static成员

概念

声明为static的类成员称为类的静态成员，用static修饰的成员变量，称之为静态成员变量；用static修饰的成员函数，称之为静态成员函数。静态成员变量一定要在类外进行初始化。

面试题：

实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

  1. #include <iostream>
  2. using namespace std;
  3. class A
  4. {
  5. public:
  6. 	A()
  7. 	{
  8. 		_count++;
  9. 	}
  10. 	A(const A& a)
  11. 	{
  12. 		_count++;
  13. 	}
  14. 	~A()
  15. 	{
  16. 		_count--;
  17. 	}
  18. 	static int GetCount()
  19. 	{	
  20. 		return _count;
  21. 	}
  22. private:
  23. 	static int _count;
  24. };
  25. int A::_count = 0;
  26.  
  27. int main()
  28. {
  29. 	A a1;
  30. 	A a2;
  31. 	A(a3);
  32. 	cout << A::GetCount() << endl;
  33.  
  34. 	return 0;
  35. }

特性

1. 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，存放在静态区
2. 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字，类中只是声明
3. 类静态成员即可用 类名::静态成员 或者 对象.静态成员 来访问
4. 静态成员函数没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员
5. 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制

对于静态成员函数，有两个问题：

1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

不可以！静态成员函数没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员。

2.非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

可以！类的静态成员函数是是类的成员，因此非静态成员函数也可以调用类的静态成员函数。

友元

友元提供了一种突破封装的方式，有时提供了便利。但是友元会增加耦合度，破坏了封装，所以友元不宜多用。

友元分为：友元函数和友元类

友元函数

问题：现在尝试去重载operator<<，然后发现没办法将operator<<重载成成员函数。因为cout的输出流对象和隐含的this指针在抢占第一个参数的位置。this指针默认是第一个参数也就是左操作数了。但是实际使用中cout需要是第一个形参对象，才能正常使用。所以要将operator<<重载成全局函数。但又会导致类外没办法访问成员，此时就需要友元来解决。operator>>同理。

  1. class Date
  2. {
  3. public:
  4. 	Date(int year, int month, int day)
  5. 		: _year(year)
  6. 		, _month(month)
  7. 		, _day(day)
  8. 	{}
  9. 	// d1 << cout; -> d1.operator<<(&d1, cout); 不符合常规调用
  10. // 因为成员函数第一个参数一定是隐藏的this，所以d1必须放在<<的左侧
  11. 	ostream& operator<<(ostream& _cout)
  12. 	{
  13. 		_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  14. 		return _cout;
  15. 	}
  16. private:
  17. 	int _year;
  18. 	int _month;
  19. 	int _day;
  20. };

友元函数可以直接访问类的私有成员，它是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但需要在类的内部声明，声明时需要加friend关键字。

  1. class Date
  2. {
  3. 	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
  4. 	friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
  5. public:
  6. 	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
  7. 		: _year(year)
  8. 		, _month(month)
  9. 		, _day(day)
  10. 	{}
  11. private:
  12. 	int _year;
  13. 	int _month;
  14. 	int _day;
  15. };
  16. ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
  17. {
  18. 	_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
  19. 	return _cout;
  20. }
  21. istream& operator>>(istream& _cin, Date& d)
  22. {
  23. 	_cin >> d._year;
  24. 	_cin >> d._month;
  25. 	_cin >> d._day;
  26. 	return _cin;
  27. }
  28. int main()
  29. {
  30. 	Date d;
  31. 	cin >> d;
  32. 	cout << d << endl;
  33. 	return 0;
  34. }

几点说明：

友元函数可访问类的私有和保护成员，但不是类的成员函数
友元函数不能用const修饰
友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制
一个函数可以是多个类的友元函数
友元函数的调用与普通函数的调用原理相同

友元类

友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的非公有成员。

1.友元关系是单向的，不具有交换性。

比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接访问Time类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。

2.友元关系不能传递。

如果C是B的友元， B是A的友元，则不能说明C时A的友元。

3.友元关系不能继承（之后细说）

  1. class Time
  2. {
  3. 	friend class Date; // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类中的私有成员变量
  4. public:
  5. 	Time(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0)
  6. 		: _hour(hour)
  7. 		, _minute(minute)
  8. 		, _second(second)
  9. 	{}
  10. private:
  11. 	int _hour;
  12. 	int _minute;
  13. 	int _second;
  14. };
  15. class Date
  16. {
  17. 	friend class Time;
  18. public:
  19. 	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
  20. 		: _year(year)
  21. 		, _month(month)
  22. 		, _day(day)
  23. 	{
  24. 		_t._minute++;
  25. 	}
  26. 	void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
  27. 	{
  28. 		// 直接访问时间类私有的成员变量
  29. 		_t._hour = hour;
  30. 		_t._minute = minute;
  31. 		_t._second = second;
  32. 	}
  33. private:
  34. 	int _year;
  35. 	int _month;
  36. 	int _day;
  37. 	Time _t;
  38. };

内部类

概念：如果一个类定义在另一个类的内部，这个内部类就叫做内部类。内部类是一个独立的类，它不属于外部类，更不能通过外部类的对象去访问内部类的成员。外部类对内部类没有任何优越的访问权限。

关于内部类是一个独立的类，它不属于外部类这句话，我们来验证一下：

A类大小是8，而不是12，因此，B不属于外部类。

注意：内部类就是外部类的友元类，参见友元类的定义，内部类可以通过外部类的对象参数来访问外部类中的所有成员。但是外部类不是内部类的友元。

特性

1. 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。
2. 注意内部类可以直接访问外部类中的static成员，不需要外部类的对象/类名。
3. sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。

  1. class A
  2. {
  3. private:
  4. 	static int k;
  5. 	int h;
  6. public:
  7. 	class B
  8. 	{
  9. 	public:
  10. 		void foo(const A& a)
  11. 		{
  12. 			cout << k << endl;//OK
  13. 			cout << a.k << endl;//OK
  14. 		}
  15. 	};
  16. };
  17. int A::k = 1;
  18.  
  19. int main()
  20. {
  21. 	A::B b;
  22. 	b.foo(A());
  23. 	return 0;
  24. }

匿名对象

匿名对象，不需要定义对象名字，生命周期只在当前行。 

  1. class A
  2. {
  3. public:
  4. 	A(int a = 0)
  5. 		:_a(a)
  6. 	{
  7. 		cout << "A(int a)" << endl;
  8. 	}
  9. 	~A()
  10. 	{
  11. 		cout << "~A()" << endl;
  12. 	}
  13. private:
  14. 	int _a;
  15. };
  16. class Solution {
  17. public:
  18. 	int Sum_Solution(int n) {
  19. 		//...
  20. 		return n;
  21. 	}
  22. };
  23.  
  24. int main()
  25. {
  26. 	A aa1;
  27. 	// 不能这么定义对象，因为编译器无法识别下面是一个函数声明，还是对象定义
  28. 	//A aa1();
  29. 	// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点不用取名字，
  30. 	// 但是他的生命周期只有这一行，我们可以看到下一行他就会自动调用析构函数
  31. 	A();
  32. 	A aa2(2);
  33. 	// 匿名对象在这样场景下就很好用，只是为调用Sum_Solution函数
  34. 	Solution().Sum_Solution(10);
  35. 	return 0;
  36. }

拷贝对象时的一些编译器优化

在传参和传返回值的过程中，一般编译器会做一些优化，减少对象的拷贝，这个在一些场景下还是非常有用的。

注：本文转载自blog.csdn.net的核动力C++选手的文章"https://blog.csdn.net/qq_48460693/article/details/136036421"。版权归原作者所有，此博客不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如有侵权，请联系我们删除。
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