【C++】类和对象（下）

不吃肉的Humble2024-04-20 9:31

欢迎来到类和对象下，这篇博客之后我们将通关类和对象，也意味着我们已经入门C++了~

那么先了解一下本篇的学习目标：构造函数体赋值 、初始化列表 、explicit关键字 、static成员 、友元，内部类 ，同时还有匿名对象 的介绍以及编译器优化的简单涉及~

首先，我们要对构造函数进行再进行一个，这块内容本来应该在中篇，但为了防止中篇关于构造函数的讲解过长，所以将这部分放在下篇来说~

1. 构造函数再讲解

1.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

2.初始化列表

形式：

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

比如看下面的代码：

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(即初始化只能初始化一次)

  2. 成员可以在初始化列表初始化，也可以在函数体内初始化（即{}内）

但是类中包含以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化：
1.引用成员变量
2.const成员变量
3.没有默认构造函数的自定义类型成员

class A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{}

private:
int _a;
};

class B
{
public:
B(int a, int ref)
:_aobj(a)//必须放在初始化列表位置进行初始化
,_ref(ref)//必须放在初始化列表位置进行初始化
,_n(10)//必须放在初始化列表位置进行初始化
{}

private:
A _aobj; // 没有默认构造函数
int& _ref; // 引用
const int _n; // const
};
  1. 尽量使用 初始化列表初始化，因为一个类无论是否使用初始化列表，

对于它来说，就算你不写，它也是一定会先走初始化列表初始化，再走函数体

class Time
{
public:
Time(int hour = 0)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};

class Date
{
public:
Date(int day)
{}

private:
int _day;
Time _t;
};

int main()
{
Date d(1);
}
  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

下面我们看一道题：这道题的选项有：

A. 输出1 1

B.程序崩溃

C.编译不通过

D.输出1 随机值

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();

return 0;
}

答案是选D

理由正是我们刚才提到的第四点：声明次序 就是其在初始化列表中的初始化顺序

所以它在初始化的顺序即为先走a2，再走a1

先走a2，此时的a1是随机值，所以打印出来的自然也是随机值，所以选D. 输出1 和 随机值

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 A
{
public:
	//单参数构造函数支持隐式类型的转换
	A(int a)
		:_a(a)
	{}

private:
	int _a;
};


int main()
{
	A aa1(1);
	// 拷贝构造
	A aa2 = aa1;
	
	// 隐式类型转换
	// 3构造一个A的临时对象，再用这个临时对象拷贝构造aa3
	// 编译器遇到连续 构造+拷贝构造->优化为直接构造
	A aa3 = 3;

	return 0;
}

在C++中，如果我们不想要这种类型转换，可以使用一个关键字叫explicit

用explicit修饰构造函数，将会禁止单参构造函数的隐式转换

class A
{
public:
	//加上explicit后就无法实现这种隐式类型转换
	explicit A(int a)
		:_a(a)
	{}

private:
	int _a;
};


int main()
{
	A aa1(1);
	// 拷贝构造
	A aa2 = aa1;
	
	// 隐式类型转换
	// 3构造一个A的临时对象，再用这个临时对象拷贝构造aa3
	// 编译器遇到连续 构造+拷贝构造->优化为直接构造
	A aa3 = 3;

	return 0;
}

既然单参数构造函数支持隐式类型转换，那么多参数函数是否支持隐式类型转换呢？

答案是 也支持：

请看下面的代码：

class A
{
public:
	// 多参数构造函数也支持隐式类型转换
	A(int a1, int a2)
		:_a(0)
		,_a1(a1)
		,_a2(a2)
	{}

private:
	int _a;
	int _a1;
	int _a2;
};


int main()
{
	A aaa1(1, 2);
	A aaa2 = { 1, 2 };

	return 0;
}

2. Static成员

1.概念

定义：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，因为它在静态区，不在对象中，不走初始化列表

下面我们来看一个很有意思的题目：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象

class A
{
public:
A() { ++_scount; }
A(const A& t) { ++_scount; }

static int GetACount() { return _scount; }

private:
static int _scount;//静态成员变量
};

int A::_scount = 0;//静态成员变量一定要在类外进行初始化

void TestA()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
A a3(a1);
cout << A::GetACount() << endl;
}

第一次打印时我们没有创建类对象，所以结果是0，而第二次输出因为有三个，所以打印了3~

2.特性

下面我们对静态成员总结一番：

  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

对于静态成员的作用，我们可以来通过一道题目来做一个了解（当然这道题具有学习意义，在实际 中其实不会这样写）：

[JZ64求1+2+3+...+n](求1+2+3+...+n_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com))

对于这道题，我们就可以利用静态成员来完美解决：

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

    static int Getret()
    {
	  return _ret;
    }

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

// 静态成员变量的定义
int A::_i = 1;
int A::_ret = 0;


class Solution 
{
  public:
    int Sum_Solution(int n) 
    {
          A arr[n];
          return A::Getret();

    }
};

3. 友元

首先，友元分为：友元函数和友元类

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，所以友元也不宜多用

1.友元函数

如果我们现在尝试去重载operator<<（流输出），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

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;
}

//这里istream>>与上面的operator<<同理 
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;
}

下面是友元函数的几点总结：

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

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。

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;
};

4. 内部类

定义：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'

内部类的特性：

  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 foo(const A& a)
    {
    cout << k << endl;//OK
    cout << a.h << endl;//OK
    }
    };
    };
    int A::k = 1;
    int main()
    {
    A::B b;
    b.foo(A());
    return 0;
    }

5.匿名对象

那么什么是匿名对象呢？我们先来看一下下面的代码：

class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}

~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}

private:
int _a;
};


int main()
{

A();// 匿名对象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 aa2(2);

return 0;
}

所以像A();这样定义时没有名字的就叫匿名函数

那么匿名对象有什么用呢？

在特定的场景之下，匿名对象可以使我们更加方便(偷懒)：

A func()
{
	//通常方式
	//A ret(10);
	//return ret;

	//匿名对象
	return A(10);
}

毕竟嘛，人的本质就是能坐着绝不站着，能躺着绝不坐着，能少写一些代码总是好的~

关于匿名对象，我们目前就说这么多吧，现阶段对其有一定的了解就够了~

6.拷贝对象时的一些编译器优化

在我们现在使用的编译器里，我们有时会发现一些运行的结果与我们预期的并不一致，这是为什么呢？

现在的编译器或大或小都会做一些优化

比如我们现在学的构造和拷贝构造，在传参和传返回值的过程中，编译器内部会进行优化来减少对象的拷贝

下面我们首先定义一个A的类：

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;
};

优化场景一：

void f1(A aa)
{

}
	
int main()
{
  //优化场景1：
  A aa1 = 1; 
 

return 0;
}

对于这个场景，我们知道：隐式转换会构造一个临时对象A tmp(1) ，然后再去进行拷贝构造A aa1(tmp，这里有2个步骤，构造+拷贝构造，但编译器直接优化为一次直接构造：A aa1(1)

优化场景二：

void f1(A aa)
{

}

int main()
{
	//优化场景2：
	f1(A(1));
    
	return 0;
}

对于优化场景二：对于匿名对象类，我们需要构造匿名对象，还需要进行拷贝构造，这里也是有2个步骤，但是这里也进行了优化，编译器让其变为直接构造

优化场景三：

A f2()
{
	A aa;
	return aa;
}、

int main()
{
    //优化场景3：
    A ret = f2();
    return 0;
}

对于优化场景三：过程是这样的：

这里的构造+拷贝构造+拷贝构造编译器优化为：构造+拷贝构造（一次）

编译器在这里将拷贝构造和拷贝构造 合二为一。同时，要和下面这种情况区分开哦：

这是我们在上篇博客讲过的赋值拷贝，所以如果是构造+拷贝构造+赋值拷贝

则编译器无法优化

7. 再次理解

好的，在看完了类和对象的上中下三篇之后，我们回过头来，再次审视类和对象，并对其进行再次的理解：

类是对某一类实体(对象)来进行描述的，描述该对象具有那些属性，那些方法，描述完成后就形成了一种新的自定义类型，才用该自定义类型就可以实例化具体的对象

其实类和对象也是在模拟抽象映射现实世界，请看下图：

结语

至此，我们把C++类和对象的内容全部介绍完毕（鼓掌鼓掌）

相信通过这三篇类和对象的博客，小伙伴们对类和对象有了较深的了解，如果觉得有用的话，请给我点赞＋收藏支持一下博主吧~

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