【C++】初始化列表、匿名对象、static成员、友元、内部类

炸掉地球2024-06-23 19:14

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一、初始化列表

构造函数体赋值

实际上，构造函数的函数体内，并不是对 对象 初始化的地方，而是对成员变量进行赋值。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。

cpp 复制代码 
class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_year++;//二次赋值
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

真正进行初始化的地方是初始化列表**（在创建类变量时，初始化列表将成员变量直接初始化为括号内的表达式值）**

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:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)	//冒号
		, _month(month) //逗号
		, _day(day)		//逗号
	{}
	//也可以写成一行
	Date(int year,int month,int day):_year(year),_month(month),_day(day) {}
	
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

{}内仍可以进行其他操作，比如栈的初始化列表

cpp 复制代码 
Stack(int capacity = 4)
	: _a((int*)malloc(sizeof(int) * capacity))
	, _top(0)
	, _capacity(capacity)
{
	//进行其他操作
	if (nullptr == _a)
	{
		perror("malloc");
		return;
	}
}

初始化列表规则：

  • 1.每个成员变量在初始化列表中只能出现一次。（因为初始化只能初始化一次）

  • 2.类中包含有：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），必须放在初始化列表进行初始化，不能在函数体内通过语句赋值。

    对于自定义类型 将会调用它的默认构造 函数，没有找到默认构造就会报错；这种情况只能在初始化列表初始化。

    而引用变量 和const变量 必须在定义时初始化 ，放在函数体内部就不是初始化而是赋值；所以对于类的引用成员变量 和const成员变量必须在初始化列表进行初始化。

  • 3.初始化列表的初始化顺序的要与类中的声明顺序一致，与在初始化列表的顺序无关。

    类中先声明的_a1，再声明_a2，所以在初始化列表进行初始化时，会先初始化_a1，赋给它_a2的值，但此刻_a2没有初始化，所以为随机值。

虽然构造函数和初始化列表都能完成初始化的工作，但是建议尽量使用初始化列表 。因为不管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。并且初始化列表可以提高程序的效率和可读性，因为它可以避免在构造函数体中进行初始化，从而减少了构造函数的执行时间。

explicit关键字

隐式类型转换

首先，在C语言中我们学过，对于内置基本类型如int，char，double等不同类型之间赋值是会发生隐式类型转换的。

cpp 复制代码 
int x = 1;
double y = x;
const double& z = x;

int类型的x赋值给double类型的y的过程中，会产生一个临时变量，并且这个临时变量是具有常性的 ；也就是说，x会先生成一个const double类型的常量，再将这个常量赋值给y。此时y只是x的值的拷贝，y的改变不会影响x。

但是引用是变量的别名，二者共用一块空间。产生的临时变量具有常性，所以必须要用常引用来接收临时变量。


引用变量类型和实体类型不同，要使用常引用接收。

同样，构造函数也会发生隐式类型转换，但编译器会进行优化。

cpp 复制代码 
class A
{
public:
	A(int x = 0)//构造
		: _x(x)
	{
		cout << "A(int x = 0)" << endl;
	}
	A(const A& a)//拷贝构造
		: _x(a._x)
	{
		cout << "A(const A& a)" << endl;
	}
private:
	int _x;
	int _y;
};
int main()
{
	A a1(10);//构造
	a1 = 20;//构造+拷贝构造-->优化为构造
	return 0; 
}

用explicit关键字修饰构造函数，会禁止隐式类型转换。

二、匿名对象

在C++中，匿名对象是指在没有被命名的情况下创建的临时对象。 它们通常用于在单个语句中执行一系列操作或调用某个函数，并且不需要将其结果存储到变量中。

cpp 复制代码 
class A
{
public:
	A(int a = 0)
		: _a(a)
	{
		cout << "A(int a):" << _a << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A():" << _a << endl;
	}
	void Print()
	{
		cout << _a << endl;
	}
private:
	int _a;
};
  • 匿名对象生命周期在当前行
  • const引用可以延长匿名对象的生命周期，使其生命周期在当前函数局部域
  • 常规调用成员函数就是先实例化一个类对象，再通过对象去调用成员函数；而匿名对象不用实例化可以直接调用成员函数 ，虽然方便但是只能调用一次。
  • 对于内置类型的匿名对象，其结果默认是0。

三、static成员

类的静态成员分为两类：

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

static成员特性

  • 1.静态成员变量必须在类外定义并初始化，定义时不加static关键字，要加域作用限定符::，表明是哪个类域的静态成员变量。
  • 2.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。

    总结：静态（没有this指针）不能调用非静态（需要this指针），但是非静态可以调用静态
  • 3.静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例。
  • 也就是说静态成员变量不计入类对象所占用的大小空间，因为不属于某一个具体的类对象。
  • 调用静态成员的方式有：类名::静态成员、对象.静态成员、通过匿名对象。

对于公有的静态成员变量，访问方式如下：

cpp 复制代码 
class A
{
public:
	static int GetACount()
	{
		return _count;
	}
//private:
	//公有
	static int _count;
};
int A::_count = 0;
int main()
{
	A a;
	cout << A::_count << endl;//指定类域和访问限定符
	cout << a._count << endl;//通过对象
	cout << A()._count << endl;//匿名对象
	return 0;
}

对于私有 的静态成员变量，我们只能间接通过静态成员函数来访问：

cpp 复制代码 
class A
{
public:
	static int GetACount()
	{
		return _count;
	}
private:
	static int _count;
};
int A::_count = 0;
int main()
{
	A a;
	cout << A::GetACount() << endl;
	cout << a.GetACount() << endl;
	cout << A().GetACount() << endl;
	return 0;
}

4.静态成员和类的普通成员一样，也有public、protected、private3种访问级别，也可以具有返回值

注意：

1.静态成员函数不可以调用非静态成员函数（因为静态成员函数没有this指针）
2.非静态成员函数可以调用类的静态成员函数
3.静态成员变量一定要在类外进行初始化

四、友元

私有成员想让外部类或函数访问，就需要用到友元。

通俗地讲，友元的作用就是邀请朋友（其他类或类外的函数）来自己家中做客（访问自己类的中private私有成员和protect保护成员）

友元关键字friend

友元分为：友元函数 和友元类

友元函数

友元函数只是在类内声明 ，在类外定义 ，并不是类的成员函数 。友元函数可以在类内任意地方声明，不受访问限定符限制。

1.全局函数做友元

一个全局函数声明为多个类的友元函数，需要向前引用声明，否则会报错。

cpp 复制代码 
class B;//一定要向前引用声明

class A
{
public:
	A(int a = 0) : _a(a) {}
	friend void Print(A& aa, B& bb);//声明为A类的友元函数
private:
	int _a;
};

class B
{
public:
	B(int b = 0) : _b(b) {}
	friend void Print(A& aa, B& bb);//声明为B类的友元函数
private:
	int _b;
};

void Print(A& aa, B& bb)
{
	cout << aa._a << endl;
	cout << bb._b << endl;
}

int main()
{
	A a(10);
	B b(20);
	Print(a , b);
	return 0;
}

因为A类中使用了B类，所以要在A前面先声明B。

2.成员函数做友元

友元函数是其他类的成员函数，也需要向前引用声明
注意：声明在前，定义在后。并且成员函数声明要放在友元函数声明的前面

cpp 复制代码 
class A;//向前引用声明

class B
{
public:
	B(int b = 0) : _b(b) {}
	void Print(A& aa);//成员函数声明
private:
	int _b;
};

class A
{
public:
	A(int a = 0) : _a(a) {}
	friend void B::Print(A& aa);//声明为A类的友元函数
private:
	int _a;
};

void B::Print(A& aa)//定义
{
	cout << aa._a << endl;
}

int main()
{
	A a(10);
	B b(20);
	b.Print(a);
	return 0;
}

注意：

友元函数不能用const修饰
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

有两个特殊的操作符流插入<<和流提取>> 分别搭配cout 和 cin使用。对于内置类型，可以直接使用这两个操作符，并且可以自动识别类型。但是对于自定义类型，我们需要自己写这两个的运算符重载。但是这两个是无法重载为类的成员函数的，重载为全局函数又无法访问私有成员，那么就需要用到友元；具体的实现方法放到运算符重载篇一起总结。

友元类

一个类如果是另一个类的友元类，那么这个类的所有成员函数都可以访问另一个类的非公有成员。

cpp 复制代码 
class A
{
	friend class B;//B声明为A的友元
public:
	A(int a = 0) : _a(a) {}
private:
	int _a;
};

class B
{
public:
	B(int b = 0) : _b(b) {}

	//直接访问A类的私有成员
	void Func(int x)
	{
		_a1._a = x;
	}
private:
	A _a1;
	int _b;
};

友元类的特性：

1.友元关系是单向的，不具有交换性。

例如：B是A的友元类，在B类中可以直接访问A的非公有成员，但在A类中不能访问B的非公有成员。 >
2.友元关系不能传递

例如：B是A的友元，C是B的友元，不能说明C是A的友元。

五、内部类

如果一个类定义在另一个类的内部，这个类就叫做内部类。

注意： 内部类是一个独立的类，并不属于外部类 ，不能通过外部类去访问内部类的成员。但内部类是外部类的友元。

内部类的特性：

1.内部类可以定义在外部类的任何地方，但是受访问限定符的限制。

内部类如果定义在public，可以通过外部类名::内部类名来定义对象；如果定义在private则不可定义内部类的对象。
2.内部类可以不通过外部类的对象或类名，去直接访问外部类的static成员；但不能直接访问外部类的成员函数。
3.内部类不占外部类的大小空间。也就是说，外部类的大小与内部类无关。

cpp 复制代码 
class A
{
public:
	A(int a = 0) : _a(a) {}
	static int GetACount()
	{
		return _count;
	}
private:
	int _a;
	static int _count;

public:
	class B//内部类B是外部类A的友元
	{
	public:
		B(int b = 0) : _b(b) {}

		//直接访问A类的私有成员
		int Print(const A& a)
		{
			cout << a._a << endl;
			_count++;//访问外部类的static成员变量
			return GetACount();//访问外部类的static成员函数
		}
	private:
		int _b;
	};
};

int A::_count = 0;
int main()
{
	A aa(10);
	A::B bb(20);//通过外部类A来创建内部类B的对象
	bb.Print(aa);
	return 0;
}

4.内部类可以在外部类中声明，然后在外面定义。

cpp 复制代码 
class A
{
private:
	int _a;
public: class B;//内部类声明
};

class A::B//内部类定义
{
public:
	B(int b = 0) : _b(b) {}
private:
	int _b;
};

六、练习题

描述

求1+2+3+...+n，要求不能使用乘除法、for、while、if、else、switch、case等关键字及条件判断语句（A?B:C）。

数据范围： 0<n≤2000<n≤200

进阶： 空间复杂度 O(1)O(1) ，时间复杂度 O(n)O(n)

题目地址

示例1：

输入：5

返回值：15

示例2：

输入：1

返回值：1

题目的意思就是不让我们用常规的简单做法。非常规的话，最简单省事的方法就是用与运算和递归，与本节内容无关，就不多说了。这里介绍一种方法，需要用到类的性质。

思路：

  • 结合前面学习的内容，我们知道，类实例化对象时会自动调用构造函数，那么实例化n个对象就会调用n次构造函数。利用这一特性，我们可在在构造函数中进行累加和，然后实例化一个n个大小的数组即可。
  • 要保证每次调用构造函数时变量的值能继承上一次的结果，我们可以用静态成员变量来存储。
  • 而这道题是核心代码模式，结果是由系统给的类的成员函数来返回，只能在成员函数中实例化对象，那么我们就可以用内部类。
cpp 复制代码 
class Solution
{
    class Sum//内部类
    {
    public:
        Sum()//构造
        {
        	//内部类可以直接访问外部类的static成员
            _i++;
            _ret += _i; 
        }
    };
public:
    int Sum_Solution(int n)
    {
        Sum a[n];//实例化n个Sum类对象，调用n次构造
        return _ret;
    }
private:
    static int _i;
    static int _ret;
};

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

至此，类与对象的内容总结完毕。我们要理解：类是对某一类实体（对象）来进行描述的，描述该对象具有哪些属性（成员变量），哪些方法（成员函数），描述完成后就形成了一种新的自定义类型，用该自定义类型就可以实例化具体的对象。

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