【C++】类与对象 第三篇(初始化列表,explicit,static,友元,内部类)

努力学c的楼下小王2023-11-06 12:36

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各个成员变量一个合适的初始值

cpp 复制代码 
class Date
 {
 public:
     Date(int year, int month, int day)
     {
         _year = year;
         _month = month;
         _day = day;
     }
 ​
 private:
     int _year;
     int _month;
     int _day;
 };

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。

cpp 复制代码 
 class Date
 {
 public:
     //初始化列表
     Date(int year, int month, int day)
         : _year(year), _month(month), _day(day)
     {
     }
 ​
 private:
     int _year;
     int _month;
     int _day;
 };

【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)

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。

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

cpp 复制代码 
 class A
 {
 public:
     A(int a)
         : _a1(a)
     {
         cout << "A(int a)" << endl;
     }
 ​
     A(const A &aa)
         : _a1(aa._a1)//拷贝构造也是构造，也可以进行初始化列表
     {
         cout << "A(const A& aa)" << endl;
     }
 ​
 private:
     int _a2;
     int _a1;
 };
 ​
 int main()
 {
     int i = 1;
     double d = i; // 隐式类型转换 i通过创建一个临时变量(具有常性，double类型)，i->临时变量->d
 ​
     A aa1(1);  // 直接调用 构造函数
     A aa2 = 1; // 隐式类型转换 1通过创建一个临时变量(具有常性，A类型)，i->临时变量->d
 ​
     return 0;
 }

输出结果：

在此处既然要进行创建临时变量，为什么没有进行拷贝构造呢？ 此处是编译器对其进行了优化：构造+拷贝---优化->构造；优化为直接进行构造

看这段代码：

cpp 复制代码 
 class A
 {
 public:
     A(int a)
         : _a1(a)
     {
         cout << "A(int a)" << endl;
     }
 ​
     A(const A &aa)
         : _a1(aa._a1)//拷贝构造也是构造，也可以进行初始化列表
     {
         cout << "A(const A& aa)" << endl;
     }
 ​
 private:
     int _a2;
     int _a1;
 };
 int main()
 {
     const A& ret=10;
   
     return 0;
 }

隐式转换与显式转换的区别：

C++中提供了两种类型转换方式: 隐式转换和显式转换。

隐式转换指C++编译器会自动进行的类型转换，例如**将整型常量赋值给浮点型变量，C++编译器会自动将整型常量转换为浮点型，再赋值给浮点型变量。**又例如定义一个函数，接收一个整型参数，但你给函数传递了一个浮点型变量，C++编译器会自动进行类型转换，将浮点型变量转换为整型再传递给函数。

显式转换则需要程序员指定，告诉编译器需要进行强制类型转换，例如使用强制类型转换运算符(cast)，显式地将一个数据类型转换为另一个数据类型。

需要注意的是，隐式转换虽然方便，但在一些情况下可能会带来潜在的问题，例如类型截断、类型不匹配等，因此在编写代码时应尽可能使用显式转换，以提高代码的可读性和健壮性。

举例：

隐式转换：

复制代码 
 int a = 10;
 double b = a;  // 整型隐式转换为浮点型

显式转换：

复制代码 
 double a = 1.23;
 int b = static_cast<int>(a);  // 浮点型显式转换为整型

explicit关键字

若不想隐式类型转换情况发生 ，则使用关键字explicit，针对的是单参数构造函数

举例：

cpp 复制代码 
 class A
 {
 public:
     explicit A(int a)
         : _a1(a)
     {
         cout << "A(int a)" << endl;
     }
 ​
     A(const A &aa)
         : _a1(aa._a1) // 拷贝构造也是构造，也可以进行初始化列表
     {
         cout << "A(const A& aa)" << endl;
     }
 ​
 private:
     int _a2;
     int _a1;
 };
 ​
 int main()
 {
     A aa2 = 1;
 ​
     const A &ret = 10;
 ​
     return 0;
 }

多个参数: 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 有类型转换作用

cpp 复制代码 
 class Date
 {
 public:
     //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 有类型转换作用
     // explicit修饰构造函数，禁止类型转换
     explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
         : _year(year), _month(month), _day(day)
     {
     }
     Date &operator=(const Date &d)
     {
         if (this != &d)
         {
             _year = d._year;
             _month = d._month;
             _day = d._day;
         }
         return *this;
     }
 ​
 private:
     int _year;
     int _month;
     int _day;
 };
 void Test()
 {
     Date d1(2022);
     // 用一个整形变量给日期类型对象赋值
     // 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 d1 = 2023;
     // 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
 }

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

计算一个程序一个调用了多少次类

一般的方法：定义全局变量count，每调用一次进行++

cpp 复制代码 
using std::cout;
using std::endl;

int count = 0;

class A
{
public:
    A(int a = 0)
    {
        ++count;
    }

    A(const A &aa)
    {
        ++count;
    }
};

void func(A)
{}

int main()
{
    A aa1;
    A aa2(aa1);

    func(aa1);

    A aa3 = 1;

    cout<<count<<endl;//3

    return 0;
}

static:

cpp 复制代码 
using std::cout;
using std::endl;

class A
{
public:
    A(int a = 0)
    {
        ++count;
    }

    A(const A &aa)
    {
        ++count;
    }

    int GetCount()
    {
        return count;
    }

private:
    // 不属于某个对象，属于所有对象，属于整个类
    static int count; // 声明 静态成员，不能给缺省值，缺省值是给初始化列表用的，是共有成员不能给缺省值
};

int A::count = 0; // 定义初始化

void func(A)
{
}

int main()
{
    A aa1;
    A aa2(aa1);

    func(aa1);

    A aa3 = 1;

    // cout << A::count << endl;//  count为私有，不能这样访问
    // cout<<aa.count<<endl;    //  count为私有，不能这样访问

    cout<<aa3.GetCount()-1<<endl;

    return 0;
}

访问静态成员函数：

cpp 复制代码 
class A
{
public:
    A(int a = 0)
    {
        ++count;
    }

    A(const A &aa)
    {
        ++count;
    }

    // 静态成员函数 -- 没有this指针
    static int GetCount()
    {
        // a++;没有this指针，不能直接访问
        return count;
    }

private:
    static int count;
};

int A::count = 0; // 定义初始化

void func(A)
{
}

int main()
{
    A aa1;
    A aa2(aa1);
    func(aa1);
    A aa3 = 1;

    cout << A::GetCount() << endl;

    return 0;
}

若在main中定义 A aa4[10],那么A类会被调用多少次？

cpp 复制代码 
A aa4[10];
cout << A::GetCount() << endl;// 10
//被调用了10次

数组中10个对象，有多少个对象就调用多少次

例子：

cpp 复制代码 
class Sum
{
public:
    Sum()
    {
        _sum += _i;
        ++_i;
    }
    static int GetSum()
    {
        return _sum;
    }

private:
    static int _i;
    static int _sum;
};

int Sum::_i = 1;
int Sum::_sum = 0;

在C++中，static关键字用于声明静态成员变量或静态成员函数。静态成员变量在类的所有对象中共享，仅有一份副本存在于内存中。静态成员函数不依赖于特定对象，可以直接通过类名来调用。

static关键字被用于声明了两个静态成员变量 _i 和 _sum。这意味着这两个变量在整个Sum类的所有对象中共享。_i 在构造函数中自增，而 _sum 在构造函数中累加 _i 的值。

静态成员变量在程序开始执行之前会被初始化，默认情况下被初始化为0。因此，在int Sum::_i = 1;这行代码执行之后，_i的初始值会被设置为1.

在你的代码中，因为构造函数初始化了 _sum 和 _i 的值，所以不会报错。每次创建Sum类的对象时，构造函数都会被调用一次，_sum 和 _i 的值也会被更新。

如果没有使用static关键字，每次创建Sum类的对象时，都会分别创建一个_i和_sum的副本，它们的值会在每个对象中独立存在。在这种情况下，如果在构造函数中对_sum进行累加操作，那么每个对象的_sum值也会独立累加，并不会共享累加结果。

匿名对象

匿名对象是在代码中临时创建的一个对象，没有被赋予一个具体的名称。它在具体的语法形式上可以在需要一个对象的表达式中直接创建，而无需为其定义一个变量。

匿名对象不用取名字，用完即销毁 生命周期只有当前行

cpp 复制代码 
int main()
{
    Solution s;
    cout<<s.Sum_Solution(10)<<endl;

    //匿名对象，声明周期只在这一行
    Solution();
    Sum();

    return 0;
}

用完即销毁：

cpp 复制代码 
cout<<Solution().Sum_Solution(10)<<endl;

匿名对象的意义：

  1. 临时使用：当你只需要在某个特定的表达式或语句中使用一个对象，而不需要在其他地方使用这个对象时，可以使用匿名对象。这样可以简化代码，避免为临时对象分配额外的命名。

  2. 简化代码逻辑：有时候使用匿名对象可以简化复杂的代码逻辑。比如，在某个函数调用中需要传递一个对象作为参数，而这个对象在调用时只会被使用一次，那么可以直接创建一个匿名对象并传递给函数，而不需要为其定义一个变量。

  3. 减少内存消耗：匿名对象可以在需要时立即创建，并在使用后立即被销毁，这样可以减少内存的占用。特别是当对象较大或创建对象的代价较高时，使用匿名对象可以有效地减少内存消耗。

需要注意，匿名对象的生命周期通常被限制在创建它的表达式或语句范围内。一旦超出了这个范围，匿名对象就会立即被销毁，因此在保留匿名对象的引用或在多个地方使用同一个匿名对象时要特别注意，避免出现悬垂指针或逻辑错误。

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

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。

友元函数不是成员函数，没有this指针，且不能用const修饰

友元函数是一个在类定义外部定义和声明的非成员函数，用于访问该类的非公有成员。友元函数不属于类的成员函数，因此不受类成员函数的约束条件（比如常量成员函数）的限制。

声明一个非常量成员函数为 const 表示该函数不会修改调用该函数的对象（this 指针所指向的对象），但如果该函数是一个友元函数，则不能使用 const 修饰符。原因是 const 修饰符是被应用于函数的形参列表后面的，而友元函数没有对象来作为其调用者，因此在其形参列表之后没有对象需要作为其调用者。

另外，应该注意到声明友元函数是在类外部进行的，而 const 是作用于类的成员之上的，所以它们之间是没有关联的。友元函数旨在访问私有成员以方便实现的函数，使用 const 修饰符将不会进一步提高代码的安全性、正确性或效率。

cpp 复制代码 
class Date
{
    friend ostream &operator<<(ostream &_cout, const Date &d);
    friend istream &operator>>(istream &_cin, Date &d);

public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
        : _year(year), _month(month), _day(day)
    {
    }

private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};

ostream &operator<<(ostream &_cout, const Date &d)
{
    _cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
    return _cout;
}
istream &operator>>(istream &_cin, Date &d)
{
    _cin >> d._year;
    _cin >> d._month;
    _cin >> d._day;
    return _cin;
}
int main()
{
    Date d;
    cin >> d;
    cout << d << endl;
    return 0;
}

  • 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。

  • 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。

  • 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。

  • 友元关系不能继承，在继承位置再给大家详细介绍。

cpp 复制代码 
class Time
{
    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
public:
    Time(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0)
        : _hour(hour), _minute(minute), _second(second)
    {
    }

private:
    int _hour;
    int _minute;
    int _second;
};

class Date
{
public:
    Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
        : _year(year), _month(month), _day(day)
    {
    }
    void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
    {
        // 直接访问时间类私有的成员变量 _t._hour = hour; _t._minute = minute; _t._second = second;
    }

private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
    Time _t;
};

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。

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。

cpp 复制代码 
class A
{
private:
    int h;

public:
    // 内部类
    class B
    {
    private:
        int b;
    };
};

int main()
{
    A aa;
    cout<<sizeof(aa)<<endl;

    return 0;
}

该代码输出的sizeof大小为 4

内部类：跟A是独立，只是受了A类域的限制

B天生就是A的友元

cpp 复制代码 
//访问B
A::B b;
cpp 复制代码 
#include <iostream>

class A
{
private:
    int h=1;
    static int k;

public:
    // 内部类
    class B
    {
    public:
        void func(const A& a)
        {
            std::cout << k << std::endl;
            std::cout << a.h << std::endl;
        }
    private:
        int b;
    };
};

// 静态成员变量的定义和初始化
int A::k = 90;

int main()
{
    A aa;
    //std::cout << sizeof(aa) << std::endl;

    // 访问B
    A::B b;
    b.func(aa);//90 1

    return 0;
}
cpp 复制代码 
将内部类变为私有
class A
{
private:
    int h = 1;
    static int k;
    class B
    {
    public:
        void func(const A &a)
        {
            std::cout << k << std::endl;
            std::cout << a.h << std::endl;
        }

    private:
        int b;
    };

public:

};

拷贝对象时的一些编译器优化

该主题的讲解将可能会出现偏差，编译器的不同，不同的版本，优化可能不同

cpp 复制代码 
class A
{
public:
    A(int a = 0)
        : _a(a)
    {
        cout << "A(int a)" << endl;
    }
    A(const A &aa)
        : _a(aa._a)
    {
        cout << "A(const A& aa)" << endl;
    }
    A &operator=(const A &aa)
    {
        cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;
        if (this != &aa)
        {
            _a = aa._a;
        }
        return *this;
    }
    ~A()
    {
        cout << "~A()" << endl;
    }

private:
    int _a;
};
void f1(A aa)
{}
A f2()
{
    A aa;
    return aa;
}

int main()
{
    A aa1=1;//构造+拷贝构造-》构造
    A aa2(1);

    return 0;
}

构造+拷贝构造过程被直接优化为构造

cpp 复制代码 
void func1(A aa)
{

}
//使用引用传参
void func2(const A& aa)//临时对象，匿名对象具有常性，加const
{

}

int main()
{
    A aa1=1;//构造+拷贝构造-> 直接优化为构造
    func1(aa1);//无优化 A(const A& aa)
    func1(2);//构造+拷贝构造-> 直接优化为构造
    func1(A(2));//构造+拷贝构造-> 直接优化为构造

    cout<<"-------------------------------"<<endl;
    //引用传参
    func2(aa1);//无优化 ，无需拷贝
    //临时对象，匿名对象具有常性，func2要加const
    func2(2);//无优化 ，无需拷贝
    func2(A(3));//无优化，无需拷贝  
		//A(3)匿名对象
  
    return 0;
}
cpp 复制代码 
A func3()
{
    A aa;//构造
    return aa;//出函数被销毁 ，创建临时变量进行拷贝构造，若出现析构，则为aa，进行了析构
}

int main()
{
    func3();//构造+拷贝构造

    return 0;
}
cpp 复制代码 
A aa1=func3();//func3进行一次拷贝构造，aa1=func3再进行一次拷贝构造，优化为一个拷贝构造
cpp 复制代码 
    A aa3;
    aa3=func3();

不能进行优化：

对象返回问题 总结：

  1. 接收返回值对象，尽量拷贝构造方式接收，不要赋值接收

  2. 函数中返回对象时，尽量返回匿名对象//return A ();

函数传参 总结: 尽量使用const& 传参//(const A& aa)

使用 const& 传递参数是为了提高性能和避免不必要的对象拷贝。

当使用 const& 传递参数时，对象不会被复制，而是直接传递对象的引用。这样可以避免在函数调用过程中进行对象的拷贝，提高了程序的效率。特别是对于较大的对象或类，对象的拷贝可能会很昂贵。

此外，使用 const& 还可以确保传递的参数不会被修改。通过将参数声明为 const，可以防止函数对传递的对象进行修改，从而提高代码的可读性和保证数据的一致性。

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