C++ 构造函数(初始化列表)，static静态成员，友元，内部类，explicit关键字

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1. 初始化列表

• 在创建对象的时候，编译器通过调用构造函数，给对象中的每个成员变量一个适合的初始值。

  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。

    Date(int year, int month, int day)
    {
    	_year = year;
    	_month = month;
    	_day = day;
    	//这里还能给成员变量赋值
    	_year = 2024;
    	_month = 12;
    	_day = 1;
    	//所以这里不能说是初始化，只能说是赋初始值。
    }
  

1. 我们再来谈论，我们上述写的Date有没有在内存开辟空间，也就是说有没有实例化对象呢？
   答案是没有的，只有当我们定义了这个类才会实例化对象，也就回给他分配空间：

   int main()
   {
   Date d1(2023, 11, 3);//这个时候定义了d1之后，才会实例化对象，也就给类开辟了空间
   return 0;
   }

2. 再就是，我们类中的类private下的成员变量是声明还是定义呢？

   //这里的类成员变量是声明还是定义呢？
   private:
   int _year;
   int _month;
   int _day;

这里的是声明，因为定义是要开辟空间的，也就是实例化对象后才会有空间。

那么问题来了，我们知道了这个类的实例化对象，也就是给类开辟空间的时候是在定义了这个类之后才会有的。

那么问题来了，类中的每个成员变量在哪里定义的呢？

这里就有了初始化列表的概念了：初始化列表就是每个成员变量定义的地方。

• 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。

  public:
  Date(int year, int month, int day)
  :_year(year)//开始以份号开头，初始值放到一个括号里
  ,_month(month)//接着用逗号分隔开
  ,_day(day)
  {

    }
  

那么问题来了，有点小伙伴就会问了，就是上面用函数体初始化和用初始化列表初始化不是一样的啊，那要初始化列表干什么呢？

【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)

   class Date
   {
   public:
   Date(int year, int month, int day)
   {
   _year = year;
   _month = month;
   _day = day;

        //函数体内初始化
    	_ret = _year;
    	_a = 1;
    }
   

   private:
   int _year;
   int _month;
   int _day;

    int& _ret;//引用
    const int a;//const修饰的成员
   

   };
   int main()
   {
   Date d1(2023, 11, 3);
   return 0;
   }

• 就如上面的两个成员变量，这两个成员变量都是要在定义的时候初始化的。
  引用为什要在定义的时候初始化，前面的章节已经讲过了。
  而const之所以要在定义的时候初始化，应为const修饰的变量只有一次修改的就会，就是在定义初始化的时候。

所以这个时候，引用和const修饰的成员变量就必须在初始化列表里面初始化。

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		//初始化列表定义时初始化
		:_ret(_year)
		,_a(1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

	int& _ret;//引用
	const int _a;//const修饰的成员
};
int main()
{
	Date d1(2023, 11, 3);
	return 0;
}

这里，函数体内的三个成员变量虽然没有在初始化列表显示写出来定义，但是他们也是定义了的，只是C++规定了内置类型默认时给随机值，如果是自定义类型会去调用它的默认构造函数。

• 所以初始化列表的作用就是给成员变量找一个定义的地方。

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

2. static静态成员

2.1 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，所以static修饰的成员变量不能使用缺省值
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

2.2 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。

  int Count = 0;//定义一个全局变量计数

  class A
  {
  public:
  A() { ++Count; };
  A(const A& a) { ++Count; };
  ~A() {};
  };

  A func()
  {
  A a;
  return a;
  }

  int main()
  {
  A a;
  func();
  cout << Count << endl;
  return 0;
  }

• 上面是我们的一般的写法，就是定义一个全局变量Conut，这样这个全局变量就作用域全局，每创建一个类对象Count就可以++一次。当然这个方法是好的，但是不安全，如果我们在接下来的程序当中不小心修改了这个变量的呢？就会不安全了，所以我们可以把它定义在类private私有成员里面，这样就不会轻易的修改了。

  class A
  {
  public:
  A() { ++Count; };
  A(const A& a) { ++Count; };
  ~A() {};
  private:
  int count = 0;
  };

  A func()
  {
  A a;
  return a;
  }

  int main()
  {
  A a;
  func();
  return 0;
  }

• 那么问题来了，这样写真的是对的吗？我们分析一下，Count是类成员变量，并且我们初始化为0，也就是说只要我们实例化对象的，Count就会被初始化为0，那么无论我们实例化多少个对象，Count最终都会被初始化为0，也就是Count只会++一次，那么Count的值一直都只会是1。
  所以如果我们想让一个全局变量为类专属，就要用到static静态修饰。

  class A
  {
  public:
  A() { ++Count; };
  A(const A& a) { ++Count; };
  ~A() {};
  private:
  static int Count;
  };

  int A::Count = 0;//静态成员类内声明，类外定义，且定义的时候不要加static

  A func()
  {
  A a;
  return a;
  }

  int main()
  {
  A a;
  func();
  return 0;
  }

• 补充：
  如果我们吧Count的private访问限定符去掉，只用public，我们访问Count的方式又一下几种：

1.cout << A.Count << endl;

2.cout << a.Count << endl;

第一种我们好理解，但是第二种这里解释一下。

static修饰的成员和普通的成员变量存放的内存区域是不一样的，也就是说static修饰的成员不是开辟在类里面的，这里a.Count只是告诉编译器Count不是一个全局的函数，而是类里面的全局函数，也就是说要去类里面找这个变量。

• 那么如果我们给定了访问限定符private呢？这个时候我们怎么访问Count呢？这个时候就要用到成员函数：

  int GetCount()
  {
  return Count;
  }
  //访问
  cout << a.GetCount() << endl;

• 那么如果我们没有了A .a；实例化对象，也就是没有了a对象后怎么访问Count了呢？
  于是我们想到了用辅助对象来访问：

  A a;//创建一个辅助类对象那个来进行访问
  cout << a.GetCount() - 1 << endl; //这里要-1，应为辅助对象也是创建了一个对象。

• 这个方法看起来很挫，所以我们要要用到静态成员函数。
静态成员函数最大的特点就是没有this指针。

  class A
  {
  public:
  A() { ++Count; };
  A(const A& a) { ++Count; };
  ~A() {};

    static int GetCount() //使用静态成员函数，没有this指针
    {
    	return Count;
    }
  

  private:
  static int Count;
  };

  int A::Count = 0;//静态成员类内声明，类外定义，且定义的时候不要加static

  A func()
  {
  A a;
  return a;
  }

  int main()
  {
  func();
  cout << A::GetCount() << endl;//因为内部不会有this指针，所以不需要创建对象，只需要告诉它这个函数在类里面即可
  return 0;
  }

• 那么静态成员函数能不能访问普通的成员变量和函数呢？显然是不能的，因为静态成员函数是没有this指针的，而访问普通的成员函数和变量是需要this指针的。

我们可以来做个题目巩固一下：
题目链接

答案：

class Sum
{
public:
    Sum()
    {
        _ret += _i;
        ++_i;
    }

    static int GetRet()
    {
        return _ret;
    }
private:
    static int _i;
    static int _ret;
};
int Sum::_i = 1;
int Sum::_ret = 0;

class Solution 
{
public:
    int Sum_Solution(int n) 
    {
        Sum arr[n];
        return Sum::GetRet();
    }   
};

3. 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。

  class Date
  {
  public:
  // 1. 单参构造函数，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去掉之后，代码可以通过编译
  explicit Date(int year)
  :_year(year)
  {}
  /*
  // 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
  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
  }

4. 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

4.1 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。

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	// d1 << cout; -> d1.operator<<(&d1, cout); 不符合常规调用
	// 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
	ostream & operator<<(ostream& _cout)
	{
		_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
		return _cout;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

• 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。

  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;
  }

• 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

4.2 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。

    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
    public:
    Time(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0)
    : _hour(hour)
    , _minute(minute)
    , _second(second)
    , _year(1)//但是Time不能访问Data里面的成员变量
    {}
    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;
    };

5. 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

   class A
   {
   private:
   static int k;
   int h;
   public:
   class B // B天生就是A的友元
   {
   public:
   void printf(const A& a)
   {
   cout << k << endl;//OK
   cout << a.h << endl;//OK
   }
   };
   };
   int A::k = 1;
   int main()
   {
   A::B b;
   b.printf(A());
   return 0;
   }

有了这个内部类，上面的拿到题目我么你就可以进行优化了：

class Solution 
{
public:

    class Sum
    {
    public:
        Sum()
        {
            _ret += _i;
            ++_i;
        }
    };
    int Sum_Solution(int n) 
    {
        Sum arr[n];
        return _ret;
    }   

private:
    static int _i;
    static int _ret;
};

int Solution::_i = 1;
int Solution::_ret = 0;