【C++】类和对象（下）：友元、static成员、内部类、explicit 和 匿名对象

文章目录

• 前言
• 一、友元
• 二、static成员
• 三、内部类
• 四、隐式类型转换（加explicit可以阻止隐式类型转换）
• 五、匿名对象

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前言

一、友元（友元函数 和 友元类）
二、static成员（类中被static修饰的成员变量 和 成员函数）
三、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）
四、隐式类型转换（加explicit可以阻止隐式类型转换）
五、匿名对象

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一、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。

友元函数的特点：

• 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。

友元类的特点：

• 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，不具有交换性，比如声明了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，但是A不是C的友元。

友元有时能为我们提供便利，但是友元会增加耦合度，破坏了封装，所以友元不宜多用。

（1）报错的示例(外部函数无法直接访问类对象的private部分)：

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
private:
	int _a1 = 5;
};
class B
{
private:
	int _b1 = 3;
};

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;
}

那么外部函数要如何才能访问类对象的private部分，有一个办法就是在类中声明这个外部函数是它的友元函数，外部友元函数可以访问类对象的私有和保护成员，如下：

#include<iostream>
using namespace std;
class B;// 前置声明，防止A中友元函数声明时，编译器不认识B

class A
{
	// 友元函数声明
	friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:
	int _a1 = 5;
};

class B
{
	// 友元函数声明
	friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:
	int _b1 = 3;
};

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;
}

（2）示例（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。）：

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
	friend class B;// 友元类声明
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
};

class B
{
public:
	void func1(const A& aa)
	{
		cout << aa._a1 << endl;
		cout << _b1 << endl;
	}
	void func2(const A& aa)
	{
		cout << aa._a2 << endl;
		cout << _b2 << endl;
	}
private:
	int _b1 = 3;
	int _b2 = 4;
};

int main()
{
	A aa;
	B bb;
	bb.func1(aa);
	bb.func2(aa);
	return 0;
}

二、static成员

static成员指的是类中被static修饰的成员变量 和 成员函数。

static修饰的成员变量：

• 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，且其初始化时不受访问限定符的限制。
• 静态成员变量为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，不存在对象中，存放在静态区。
• 静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是个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。

static修饰的成员函数：

• 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成员，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。
• 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制。
• 突破类域就可以访问静态成员（前提是静态成员被public限定），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。

（1）示例（static修饰的成员变量）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	
private:
	static int _scount;// 类里⾯声明
};
// 静态成员变量⼀定要在类外进行初始化，且其初始化时不受访问限定符的限制
int A::_scount = 0;

int main()
{
	A a;
	cout << sizeof(a) << endl;
	// A类对象大小为1，证明静态成员变量不存在对象中
	return 0;
}

（2）示例（static修饰的成员函数；突破类域就可以访问静态成员）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	static int GetACount()
	{
		return _scount++;// 静态成员函数中可以访问其他的静态成员
	}
private:
	static int _scount;// 类⾥⾯声明
};
// 静态成员变量⼀定要在类外进行初始化，且其初始化时不受访问限定符的限制
int A::_scount = 0;

int main()
{
	cout << A::GetACount() << endl;
	A a1;
	cout << a1.GetACount() << endl;
	// 突破类域就可以访问静态成员（前提是静态成员被public限定），
	// 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。
	return 0;
}

（3）示例（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）：

// 实现⼀个类，能计算程序中创建出了多少个类对象？
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A()
	{
		++_scount;// 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
	}
	static int GetACount()
	{
		return _scount;
	}
private:
	static int _scount;
};
int A::_scount = 0;

int main()
{
	cout << A::GetACount() << endl;
	A a1;
	cout << a1.GetACount() << endl;
	A a2, a3;
	cout << a2.GetACount() << endl;
	return 0;
}

三、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。内部类是⼀个独立的类，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类跟B类紧密关联，A类实现出来就是给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。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
private:
	static int _k;
	int _h = 5;

public:
	class B // 内部类默认是外部类的友元类，所以B默认就是A的友元
	{       
	public:
		void fun(const A& a)
		{
			cout << _k << endl; 
			cout << a._h << endl; 
			cout << _b << endl;
		}
	private:
		int _b = 1;
	};
};
int A::_k = 10;

int main()
{
	A a;
	// A类对象大小大小为4，所以外部类定义的对象中不包含内部类
	cout << "A类对象大小:" << sizeof(a) << endl;
	// 内部类受到外部类的类域和访问限定符限制，定义内部类对象要指定类域
	A::B b;
	b.fun(a);
	return 0;
}

四、隐式类型转换（加explicit可以阻止隐式类型转换）

• 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。
• 类类型的对象之间也可以隐式转换，需要相应的构造函数支持
• 构造函数前面加explicit就不再支持隐式类型转换。

（1）示例（只要有相关内置类型为参数的构造函数，内置类型就可以隐式类型转换为类类型对象）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a1)// A类的单参数构造函数
		:_a1(a1)
	{}

	A(int a1, int a2)// A类的双参数构造函数
		:_a1(a1)
		, _a2(a2)
	{}
	void Print()
	{
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}
private:
	int _a1 = 10;
	int _a2 = 5;
};

int main()
{
	// 1 被传给A类的单参数构造函数，来构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa1
	A aa1 = 1;
	aa1.Print();
	
	// { 2,2 } 被传给A类的双参数构造函数，来构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa2
	A aa2 = { 2,2 };
	aa2.Print();

	// 由于 1 构造的是⼀个A的临时对象，而临时对象是具有常属性的，
	// 如果想要引用这个临时对象的话，必须使用const引用，使用普通引用会报错
	const A& aa3 = 1;
	return 0;
}

（2）示例（类类型的对象之间也可以隐式转换，但需要相应的构造函数支持）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a1)
		:_a1(a1)
	{}
	int Get() const
	{
		return _a1 + _a2;
	}
private:
	int _a1 = 10;
	int _a2 = 5;
};

class B
{
public:
	B(const A& a)// B类的构造函数
		:_b(a.Get())
	{}
	void Print()
	{
		cout << _b << endl;
	}
private:
	int _b = 0;
};

int main()
{
	A aa1 = 2;

	// aa1 被传给B类的构造函数，来构造⼀个B的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造bb1
	B bb1 = aa1;
	bb1.Print();
	return 0;
}

（3）报错的示例（构造函数前面加explicit就不再支持隐式类型转换）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	// 构造函数前加explicit就不再⽀持隐式类型转换
	explicit A(int a1)
		:_a1(a1)
	{}
	int Get() const
	{
		return _a1 + _a2;
	}
private:
	int _a1 = 10;
	int _a2 = 5;
};

class B
{
public:
	// 构造函数前加explicit就不再⽀持隐式类型转换
	explicit B(const A& a)
		:_b(a.Get())
	{}
	void Print()
	{
		cout << _b << endl;
	}
private:
	int _b = 0;
};

int main()
{
	A aa1 = 2;// A类构造函数不再支持这种隐式类型转换，直接报错
	B bb1 = aa1;// B类构造函数不再支持这种隐式类型转换，直接报错
	bb1.Print();
	return 0;
}

explicit 关键字只阻止隐式类型转换，但不阻止显式类型转换。我们使用显式类型转换可以突破explicit 的限制，之前的那些转换过程照常进行：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	// 构造函数前加explicit就不再⽀持隐式类型转换
	explicit A(int a1)
		:_a1(a1)
	{}
	int Get() const
	{
		return _a1 + _a2;
	}
private:
	int _a1 = 10;
	int _a2 = 5;
};

class B
{
public:
	// 构造函数前加explicit就不再⽀持隐式类型转换
	explicit B(const A& a)
		:_b(a.Get())
	{}
	void Print()
	{
		cout << _b << endl;
	}
private:
	int _b = 0;
};

int main()
{
	// 在 C++ 中，当一个构造函数被声明为 explicit，它阻止了编译器调用它进行隐式类型转换。
	// 这里使用了显式类型转换 (A) 和 2 来创建A类的临时对象，再去拷贝构造aa1，这是合法的，
	// 因为 explicit 关键字只阻止隐式类型转换，但不阻止显式类型转换.
	A aa1 = (A)2;
	B bb1 = (B)aa1;
	bb1.Print();
	return 0;
}

五、匿名对象

• 用类型(实参) 定义出来的对象叫做匿名对象，相比之前我们定义的 类型 对象名(实参) 定义出来的叫有名对象
• 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。

（1）示例（匿名对象的定义及其生命周期）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	// A aa1(); 不能这么定义对象，因为编译器⽆法识别这是⼀个函数声明，还是对象定义
	// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点是不⽤取名字，
	// 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(1);
	A(2);
	return 0;
}

（2）示例（引用匿名对象可以延长它的生命周期）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	// 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();
	// 我们可以引用匿名对象，不过必须要使用const引用，
	// 因为匿名对象和临时变量类似，都具有常属性。
	// 匿名对象被引用后，⽣命周期不再只有⼀⾏，它的生命周期跟引用其的aa一致
	const A& aa = A(1);
	A(2);
	return 0;
}

（3）示例（匿名对象在创建的同时可以调用成员函数）：

#include<iostream>
using namespace std;
class Solution 
{
public:
	int Sum_Solution(int n) 
	{
		cout << n << endl;
		return n;
	}
};

int main()
{
	Solution s1;
	s1.Sum_Solution(10);

	// 匿名对象在创建的同时可以调用成员函数
	Solution().Sum_Solution(10);
	return 0;
}

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