【C++】类和对象（3）

Mr.kanglong2024-02-07 21:39

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。

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。

class Date
{
public:
	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。

class Date
{
public:
	//初始化列表
	Date(int year, int month, int day, int x)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
		, _n(1)
		, _ref(x)
		, _aa(1)
	{}
	//能用初始化列表就用初始化列表
private:
	int _year = 1;
	int _month = 1;
	int _day;

	//必须走初始化列表
	const int _n;
	int& _ref;
	A _aa;
};

int main()
{
	Date d1(2014, 1, 25,6);

	return 0;
}

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。

  1. 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：

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
		, _a2(_a1)
	{}
	void Print() {
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}
private:
	int _a2;
	int _a1;
};
int main() {
	A aa(1);
	aa.Print();
} 
//A.输出1 1
//B.程序崩溃
//C.编译不通过
//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。

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
}

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。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A()
	{
		_count++;
	}
	A(const A& a)
	{
		_count++;
	}
	~A()
	{
		_count--;
	}
	static int GetCount()
	{	
		return _count;
	}
private:
	static int _count;
};
int A::_count = 0;

int main()
{
	A a1;
	A a2;
	A(a3);
	cout << A::GetCount() << endl;

	return 0;
}

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。

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;
}

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）

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
{
	friend class Time;
public:
	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		_t._minute++;
	}
	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。

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。

class A
{
private:
	static int k;
	int h;
public:
	class B
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;//OK
			cout << a.k << endl;//OK
		}
	};
};
int A::k = 1;

int main()
{
	A::B b;
	b.foo(A());
	return 0;
}

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。

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
class Solution {
public:
	int Sum_Solution(int n) {
		//...
		return n;
	}
};

int main()
{
	A aa1;
	// 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
	//A aa1();
	// 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，
	// 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
	A();
	A aa2(2);
	// 匿名对象在这样场景下就很好用，只是为调用Sum_Solution函数
	Solution().Sum_Solution(10);
	return 0;
}

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。

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