类和对象（下）

开压路机2024-12-08 13:12

1.初始化列表

  • 上一节我们实现构造函数时，初始化成员变量主要是使用函数体内赋值，构造函数初始化还有一种方式，就是初始化列表，初始化列表的使用方式是以一个冒号开始，接着是一个以逗号分割的数据成员列表，每个"成员变量"后面跟一个放在括号中的初始值或表达式。
  • 每个成员变量在初始化列表只能出现一次，语法上理解初始化列表可以认为是每个成一个变量定义初始化的地方。
  • 引用成员变量，const成员变量，没有默认构造的类类型变量，必须放在初始化列表位置进行初始化，否则会编译报错。
  • C++11支持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显示在初始化列表初始化的成员使用。
  • 尽量使用初始化列表初始化，因为那些不在初始化列表初始化的成员也会走初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会用这个缺省值初始化。如果没有给缺省值，对于没有显示在初始化列表初始化的内置类型成员是否取决于编译器，C++没有规定。对于没有显示在初始化列表初始化的自定义类型成员会调用这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造函数会编译错误。
  • 初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进行初始化，跟成员在初始化列表出现的先后顺序无关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持一致。
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

class Time
{
public :
	Time(int hour = 1)
		:_hour(hour)
	{
		cout << "Time()" << endl;
		cout << _hour << endl;
	}
private:
	int _hour;
};

class Date
{
public:
	Date(int& x, int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
		,_t(12)
		,_n(1)
		,_ref(x)
	{}
	//error C2512: "Time": 没有合适的默认构造函数可用
	// error C2530: "Date::_ref": 必须初始化引用
	// error C2789: "Date::_n": 必须初始化常量限定类型的对象
	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
		cout << _ref << " " << _n << endl;
	}
private:
	//声明，缺省值->初始化列表用的
	int _year = 1;
	int _month = 1;
	int _day = 1;

	Time _t;
	int& _ref;
	const int _n;
};

int main()
{
	int i = 0;
	Date d1(i);
	d1.Print();
	return 0;
}

下面这个代码的运行结果是什么：

cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
		,_a2(_a1)
	{}

	void Print()
	{
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}

private:
	int _a2 = 2;
	int _a1 = 2;
};

int main()
{
	A aa(1);
	aa.Print();
	return 0;
}

因为初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进行初始化，跟成员在初始化列表出现的先后顺序无关。上述代码先声明_a2，走初始化列表，此时_a1还未被初始化，所以_a2此时是随机值。然后再初始化_a1，传值为1，故_a1为1。

2.类型转换

  • C++支持内置类型隐式类型转换为类类型对象，需要有相关内置类型为参数的构造函数。
  • 构造函数前面加explicit就不再支持隐式类型转换。
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	//explicit A(int a = 0)
	A(int a = 0)
	{
		_a1 = a;
	}
	A(const A& aa)
	{
		_a1 = aa._a1;
	}
	A(int a1, int a2)
		:_a1(a1)
		,_a2(a2)
	{}

	void Print()
	{
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}

private:
	int _a1;
	int _a2;
};

int main()
{
	A aa1(1);
	aa1.Print();

	//隐式类型转换
	//2构造一个A的临时对象，再用这个临时对象拷贝构造aa2
	//编译器遇到连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
	A aa2 = 2;
	aa2.Print();

	A& raa2 = aa2;
	//A& raa3 = 2;//不能直接引用2，2隐式类型转换时会生成临时变量，具有常性,要加const
	const A& raa3 = 2;

	return 0;
}

如果加上explicit隐式类型转换就不能使用了。

3.static成员

  • 用static修饰的成员变量，称之为静态成员变量，静态成员变量一定要在类外进行初始化。
  • 静态成员变量为所以类对象所共享，不属于某个具体的对象，不存在对象中，存放在静态区。
  • 用static修饰的成员函数，称之为静态成员函数，静态成员函数没有this指针
  • 静态成员函数中可以访问其他的静态成员，但是不能访问非静态的，因为没有this指针。
  • 非静态的成员函数，可以访问任意的静态成员变量和静态成员函数。
  • 突破类域就可以访问静态成员，可以通过 类名::静态成员 或者 对象. 静态成员 来访问静态成员变量和静态成员函数。
  • 静态成员也是类的成员，受public，protected，private访问限定符的限制。
  • 静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是走构造函数初始化列表的，静态成员变量不属于某个对象，不走构造函数初始化列表。
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A()
	{
		_scount++;
	}

	A(const A& t)
	{
		_scount++;
	}

	static int GetScount()
	{
		//_a++;//不能访问非静态,没有this指针
		return _scount;
	}

private:
	//类里面声明 不可以给缺省值
	static int _scount;

	int _a;
};

int A::_scount = 0;//在类外初始化

int main()
{

	cout << sizeof(A) << endl;//结果为1, _scount不在对象中
	cout << A::GetScount() << endl;

	return 0;
}

求1+2+3+...+n_牛客题霸_牛客网

cpp 复制代码 
    class Sum
    {
    public: 
        Sum()
        {
            _count += _i;
            _i++;
        }

        static int GetCount()
        {
            return _count;
        }
    private:
        static int _count;
        static int _i;
    };

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

class Solution {
public:
    int Sum_Solution(int n) 
    {
        Sum a[n];//调用n次构造函数

        return Sum::GetCount();
    }

};

定义静态成员，在调用一次构造函数就++_i，再返回count的值

4.友元

  • 友元提供了一种突破类访问限定符封装的方式，友元分为：友元函数和友元类，在函数声明或者类声明的前面加friend，并且把友元声明放到一个类的里面。
  • 外部友元函数可访问类的私有和保护成员，友元函数仅仅是一种声明，他不是类的成员函数。
  • 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。
  • 友元类中的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私有和保护成员。
  • 友元类的关系是单向的，不具备交换性，比如A类是B类的友元，但是B类不是A类的友元。
  • 友元类关系不能传递，如果A是B的友元，B是C的友元，但A不是C的友元。
  • 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。
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

class B;//前置声明

class A
{
	//友元声明
	friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;

};

class B
{
	//友元声明
	friend void func(const A& aa, const B& bb);

private:
	int _b1 = 3;
	int _b2 = 4;
};

void func(const A& aa, const B& bb)
{
	cout << aa._a1 << endl;
	cout << bb._b1 << endl;
}

int main()
{
	A aa;
	B bb;
	func(aa, bb);
	return 0;
}
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
	friend class B;

private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;

};

class B
{
public :
	void func1(const A& aa)
	{
		cout << aa._a1 << endl;
		cout << _b1 << endl;
	}

private:
	int _b1 = 3;
	int _b2 = 4;
};

int main()
{
	A aa;
	B bb;
	bb.func1(aa);
	return 0;
}

5.内部类

  • 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，跟定义在全局相比，他只是受外部类类域限制和访问限定符限制，所以外部类定义的对象中不包含内部类。
  • 内部类默认是外部类的友元类。
  • 内部类本质也是一种封装，当A类和B类紧密关联，A类实现出来主要就是给B类使用，那么可以考虑把A类设计为B的内部类，如果放到private/protected位置，那么A类就是B类的专属内部类，其他地方都用不了。
cpp 复制代码 
class A
{
private:
	static int _k;
	int _h = 1;

public:
	class B
	{
	public :
		void foo(const A& a)
		{
			cout << _k << endl;
			cout << a._h << endl;
		}
	};
};

int A::_k = 1;

int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
	A::B b;

	A aa;
	b.foo(aa);
	return 0;
}

6.匿名对象

  • 用 类型 定义出来的对象叫做匿名对象，相比之前定义的 类型 对象名 定义出来的叫匿名对象。
  • 匿名对象生命周期只在当前一行，一般临时定义一个对象当前用一下即可，就可以定义匿名对象。
cpp 复制代码 
class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "A()" << endl;
	}

private:
	int _a;
};

int main()
{
	A a;

	//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
	A();
	A(1);

	return 0;
}

7.对象拷贝时的编译器优化

  • 现代编译器会为了尽可能提高程序的效率，在不影响正确性的情况下会尽可能减少一下传参和传返回值过程中可以省略的拷贝。
  • 如何优化C++标准并没有严格规定，各个编译器会根据情况自行处理，当前主流的相对新一点的编译器对于连续一个表达式步骤中的连续拷贝会进行合并优化。有些更新的编译器还会进行跨行表达式的合并优化。
cpp 复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public :
	A(int a = 0)
		:_a1(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}

	A(const A& aa)
		:_a1(aa._a1)
	{
		cout << "A(const A& aa)" << endl;
	}

	A& operator=(const A& aa)
	{
		cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;

		if (this != &aa)
		{
			_a1 = aa._a1;
		}
		return *this;
	}

	void Print()
	{
		cout << "A::Print->" << _a1 << endl;
	}

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

private:
	int _a1;
};

void func1(A aa)
{}

A func2()
{
	A aa;
	return aa;
}

int main()
{
	//传值传参
	A aa1;//构造
	func1(aa1);//传值传参调用拷贝构造，函数退出时调用析构，写成传引用传参则不会调用拷贝构造。
	cout << "************" << endl;

	//匿名对象，构造+拷贝构造->优化为一个构造
	func1(A(1));

	cout << "************" << endl;
	//用1构造一个临时对象，构造+拷贝构造->优化为一个构造
	func1(1);

	cout << "############" << endl;
	
	return 0;
}
cpp 复制代码 
A func2()
{
	A aa;//构造

	return aa;
}

int main()
{
	func2().Print();//传值返回，生成临时对象，调用拷贝构造。在vs2019 Release下会被优化减少拷贝构造

	cout << "************" << endl;

	A ret = func2();
	ret.Print();
	cout << "************" << endl;
	return 0;
}
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