文章目录
- [1. 前言](#1. 前言)
- [2. 再探构造函数](#2. 再探构造函数)
- [3. 类型转换](#3. 类型转换)
- [4. static成员](#4. static成员)
- [5. 友元](#5. 友元)
- [6. 内部类](#6. 内部类)
- [7. 匿名对象](#7. 匿名对象)
- [8. 对象拷贝时的编译器优化](#8. 对象拷贝时的编译器优化)
1. 前言
令人痛苦的类和对象马上就要结束了,芜湖,这是类和对象的最后一部分内容了,前两期类和对象内容都很丰富,建议大家去看看哦~
>>>点击查看>>>类和对象(上)
>>>点击查看>>>类和对象(中)
2. 再探构造函数
- 之前我们实现构造函数时,初始化成员变量主要使用函数体内赋值,构造函数初始化还有一种方法,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,接着是以一个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者表达式。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2025, 10, 31);
d1.Print();
return 0;
}
- 每个成员变量在初始化列表中只能出现一次,语法理解上初始化列表可以认为是每个成员变量定义初始化的地方。
cpp
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _year(1)//第二次
{}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
此时就会编译报错

- 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。
cpp
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
_n = 1;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
//声明
int _year;
int _month;
int _day;
const int _n;
};

const成员的变量只有一次初始化的机会,就是在它定义的时候,后续就没有改变的机会了。
cpp
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _n(1)//在初始化列表这里定义,这样才正确
{ }
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
//声明
int _year;
int _month;
int _day;
const int _n;
};
除了const成员变量还有一类成员必须在初始化列表初始化,那就是引用,引用也必须在定义的地方初始化。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int& xx, int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _n(1)
, _ref(xx)
{ }
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
//声明
int _year;
int _month;
int _day;
//必须在初始化列表初始化
const int _n;
int& _ref;
};
int main()
{
int x = 0;
Date d1(x,2025, 10, 31);
d1.Print();
return 0;
}
还有一类,也必须在初始化列表初始化------没有默认构造函数的自定义类型
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class Time
{
public:
Time(int hour)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int& xx, int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _n(1)
, _ref(xx)
{ }
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
//声明
int _year;
int _month;
int _day;
//必须在初始化列表初始化
const int _n;
int& _ref;
Time _t;
};

这种情况下,要么我们让Time类型有它的默认构造函数,因为对于没有显式在初始化列表的自定义类型成员变量会去自动调用它的默认构造函数,要么我们就在初始化列表去定义这个没有默认构造函数的自定义类型成员变量
cpp
//1. 自定义类型成员变量有
// 默认构造函数
class Time
{
public:
Time(int hour = 0)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int& xx, int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _n(1)
, _ref(xx)
{ }
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
//声明
int _year;
int _month;
int _day;
//必须在初始化列表初始化
const int _n;
int& _ref;
Time _t;
};
//2. 在初始化列表初始化自定义类型成员变量
class Time
{
public:
Time(int hour)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int& xx, int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _n(1)
, _ref(xx)
, _t(1)
{ }
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
//声明
int _year;
int _month;
int _day;
//必须在初始化列表初始化
const int _n;
int& _ref;
Time _t;
};
这里我们简单梳理一下:就是对于自定义类型成员变量,如果有默认构造,那么有没有在初始化列表初始化都无所谓,在初始化列表初始化了也只是把这个参数传个默认构造,但是如果它没有默认构造,那么就必须在初始化列表初始化。
另外再提一下,初始化列表跟函数体内赋值是可以混着用的,而且一些情况下必须混着用。
cpp
class Date
{
public:
Date(int& xx, int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _n(1)
, _ref(xx)
, _t(1)
, _ptr((int*)malloc(12))
{
if (_ptr == nullptr)
{
perror("malloc fail");
exit(1);
}
else
{
memset(_ptr, 0, 12);
}
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
//声明
int _year;
int _month;
int _day;
//必须在初始化列表初始化
const int _n;
int& _ref;
Time _t;
int* _ptr;
};
- 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式在初始化列表初始化的成员使用的。
cpp
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{ }
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
//声明
int _year = 1;
int _month = 1;
int _day = 1;
};
我们可以看到,这里的成员变量全都给了缺省值,那么问题来了,给缺省值是定义吗?不是定义,因为这里并没有开空间。
这个缺省值是给初始化列表用的,如果在初始化列表没有写,就用缺省值来初始化,如果写了就用显式的值来初始化。另外,如果我们没有自己实现默认构造,编译器自己生成的默认构造也会用这个缺省值。
- 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,对于没有显式在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器,C++并没有规定。对于没有显式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就会编译报错。
因为初始化列表是成员定义的地方,每个成员都要走初始化列表
- 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。
初始化列表总结:
- 无论是否显式写初始化列表,每个构造函数都有初始化列表。
- 无论是否在初始化列表显式初始化成员变量,每个成员变量都要走初始化列表初始化。

下面给大家看一个题目,看看下面代码的运行结果是什么:
cpp
#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;
}

应该会有不少人选A吧,那么现在请注意我们的第六点:"初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进行初始化",最后答案是D,没想到吧,嘻嘻,可能刚刚一说会有人觉得会编译报错,觉得_a1都没有初始化就用了为什么不会报错,其实这里的_a1的空间已经开好了,在对象定义的时候就已经开好了,所以这段代码的运行是按这样来的:首先_a1是随机值,_a1来初始化_a2,所以_a2也是随机值,再用a去初始化_a1。
3. 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。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a)
:_a1(a)
{}
void Print()
{
cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
}
private:
int _a1;
int _a2;
};
int main()
{
//构造函数
A aa1(1);
aa1.Print();
//隐式类型转换
A aa2 = 2;
aa2.Print();
return 0;
}
这里的aa2就是隐式类型转换,它是由于它的构造函数支持的,先用这个2去构造一个临时对象,再用这个临时对象去拷贝构造aa2,编译器面对连续构造和拷贝构造会优化为直接构造,所以我们调试的时候并不会走拷贝构造。那我们搞这些有什么意义呢?下面就来看看祖师爷的厉害之处:
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a1(a)
{}
void Print()
{
cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
}
private:
int _a1;
int _a2;
};
class Stack
{
public:
void Push(const A& aa)
{
//...
}
private:
A _arr[10];
int _top;
};
int main()
{
//之前我们要这样写
Stack st;
A aa(3);
st.Push(aa);
//现在有了类型转换后
st.Push(3);
}
这里就能看到我们的代码是简化了的,另外在Push那个成员变量中也照应了我们之前说的加引用如果不改变能加const就尽量加,因为这里不加const也不行,临时变量是具有常性的,还有一点,这样的格式只有单参数的构造函数才能这样写,多参数默认是不支持的。而在C++11呢,有支持多参数的格式:
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a1 = 0, int a2 = 0)
: _a1(a1)
, _a2(a2)
{}
void Print()
{
cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
}
private:
int _a1;
int _a2;
};
class Stack
{
public:
void Push(const A& aa)
{
//...
}
private:
A _arr[10];
int _top;
};
int main()
{
A aa2 = { 1,1 };
st.Push(aa2);
st.Push({ 1,1 });
}
- 构造函数前面加explicit就不再支持隐式类型转换。
cpp
explicit A(int a1 = 0, int a2 = 0)
: _a1(a1)
, _a2(a2)
{}


- 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。
4. 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。
- 静态成员变量为当前类的所有对象共享,不属于某个具体的对象,不存在对象中,存放在静态区。
cpp
class A
{
public:
A()
{
++_scount;
}
A(const A& t)
{
++_scount;
}
~A()
{
--_scount;
}
static int GetACount()
{
return _scount;
}
private:
//类里面声明
static int _scount;
};
这里的_scount不能像前面初始化列表那里所说的给缺省值,因为缺省值是给初始化列表用的,但是static修饰的成员变量不走初始化列表,对应下面的第7点。它不是存在对象里面的,存在于静态区,这里类里面依旧是声明,所以我们要在类外面初始化。生命周期是全局,可以在类外面使用,但是受访问限定符的限制
- 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。
由于没有this指针,所以静态成员函数不能访问非静态的成员变量
- 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。
非静态访问静态只需要突破访问限定符突破类域即可
- 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。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A()
{
++_scount;
}
A(const A& t)
{
++_scount;
}
~A()
{
--_scount;
}
static int GetACount()
{
return _scount;
}
private:
//类里面声明
static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
int main()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
A a3(a1);
cout << A::GetACount() << endl;
cout << a1.GetACount() << endl;
}

我们也可以尝试去定义一个代码块的局部域:
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A()
{
++_scount;
}
A(const A& t)
{
++_scount;
}
~A()
{
--_scount;
}
static int GetACount()
{
return _scount;
}
private:
//类里面声明
static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
int main()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
{
A a3(a1);
cout << A::GetACount() << endl;
}
cout << a1.GetACount() << endl;
}

这里是因为出了那个代码块的局部域之后要走一遍析构,所以减少了1
- 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,因为缺省值是给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。
下面我们来看一个题目:


这里应用static应用的很巧妙(这里的变长数组在vs应该是不支持的,不支持的话就用new来试一下,我们很快就会来认识new了,malloc不可以,因为malloc不会调用构造函数)
这里还有一题,大家来看看怎么做:

我们先来说一下构造函数的调用顺序吧,首先,全局函数是在main函数之前就创建了,所以c肯定先调用构造,对于ab呢,先定义的先构造,所以ab的顺序也是确定的,我们最大的问题就是在d上面了,好了,现在说结论,局部的静态变量是在第一次执行到它所在行才会初始化,所以顺序就是cabd,选E;
那析构函数的调用顺序呢?首先,c和d的生命周期都是全局的,我们前面说过,后定义的先析构,所以b肯定在a之前析构,另外局部的先析构,所以c和d肯定是在a和b之后析构的,然后d是局部的静态,肯定是在c之前析构的,所以我们就选B。
5. 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,它不是类的成员函数。
- 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。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
//前置声明,否则A的友元函数声明编译器不认识B
class B;
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;
}
注意这里要前置声明一下B,否则编译器不认识B。
- 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。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
//友元声明
friend class B;
private:
int _a1 = 1;
int _a2 = 2;
};
class B
{
public:
void func1(const A& aa)
{
cout << aa._a1 << endl;
cout << _b2 << endl;
}
void func2(const A& aa)
{
cout << aa._a2 << endl;
cout << _b2 << endl;
}
private:
int _b1 = 3;
int _b2 = 4;
};
- 友元类的关系是单向的,不具有交换性,比如A类是B类的友元,但是B类不是A类的友元。
这就好比暗恋的对象,你把别人当心上人,别人不把你当心上人/doge
- 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。
好比我是大家的朋友,但是大家的朋友并不是我的朋友/doge
- 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。
耦合度我们在继承多态那里会说
6. 内部类
- 如果一个类定义在另一个类的内部,这个类内部的类就叫做内部类。内部类是一个独立的类,跟定义在全局相比,它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括内部类。
- 内部类默认是外部类的友元类。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
class B//默认是A的友元
{
public:
void foo(const A& a)
{
cout << _k << endl;
cout << a._h << endl;
}
private:
int _b = 1;
};
private:
static int _k;
int _h = 1;
};
int A::_k = 1;
int main()
{
cout << sizeof(A) << endl;
A::B b;
A aa;
b.foo(aa);
return 0;
}
- 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。
所以上面的有一个题我们是可以改造一下的:


7. 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。
cpp
#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;
};
class Solution
{
public:
int Sum_Solution(int n)
{
//...
return n;
}
};
int main()
{
A aa1;
//不能这样定义对象,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,匿名对象的特点是不用取名字
//但是它的生命周期只有一行,下一行它就会自动调用析构函数
A();
A(1);
A aa2(2);
//匿名对象在这样场景下就很好用,当然还有一些场景我们以后再说
Solution().Sum_Solution(10);
//Solution()就是匿名对象
return 0;
}
8. 对象拷贝时的编译器优化
- 现代编译器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些传参和返回值的过程中可以省略的拷贝。
cpp
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a1(a)
{
cout << "A(int a)" << 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;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a1 = 1;
};
int main()
{
A aa1 = 1;
return 0;
}
按照我们之前讨论的类型转换,这里的aa1应该是先构造然后再进行拷贝构造,实际呢,却是只有一个构造,这就是编译器的优化结果。
- 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,有些更新更"激进"的编译器还会进行跨行跨表达式的合并优化。
cpp
void f1(A aa)
{}
int main()
{
A aa1(1);
f1(aa1);
cout << endl;
f1(A(1));
cout << endl;
f1(1);
return 0;
}

上面还是正常的构造和拷贝构造,下面的匿名对象和类型转换就合并成直接构造了。
cpp
A f2()
{
A aa(1);
return aa;
}
int main()
{
f2();
cout << endl;
}

这里本来应该是先在f2中构造aa,然后返回时拷贝构造一个临时变量,然后aa析构,而这里就直接返回一个构造了,这里是没有生成aa,直接去生成临时对象了,这是vs2022的优化,19的话可能不会这样。
cpp
A f2()
{
A aa(1);
return aa;
}
int main()
{
A ret = f2();
cout << endl;
}

我用的vs2022,优化太激进了,19的release版估计也是会优化到这个程度,这里是直接拿aa去构造ret了,然后就到下面的cout换行,所以中间有个空行,最后再析构。
- Linux下可以将下面代码拷贝到test.cpp文件,编译时用g++ test.cpp -fno-elide-constructors的方式关闭构造相关的优化。
cpp
#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;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a1 = 1;
};
void f1(A aa)
{}
A f2()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
//传值传参
//构造+拷贝构造
A aa1;
f1(aa1);
cout << endl;
//隐式类型,连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
f1(1);
cout << endl;
//一个表达式中,连续构造+拷贝构造->优化为一个构造
f1(A(2));
cout << endl;
//传值返回
//不优化的情况下传值返回,编译器会生成一个拷贝对象的
//临时对象作为函数调用表达式的返回值
//无优化 (vs2019 debug)
//一些编译器会优化得更厉害,将构造的局部对象
//和拷贝构造的临时对象优化为直接构造(vs2022 debug)
f2();
cout << endl;
//返回时一个表达式中,
//连续拷贝构造+拷贝构造->优化为一个拷贝构造(vs2019 debug)
//⼀些编译器会优化得更厉害,进⾏跨⾏合并优化,将构造的局部对象aa和
//拷⻉的临时对象和接收返回值对象aa2优化为⼀个直接构造。(vs2022 debug)
A aa2 = f2();
cout << endl;
//⼀个表达式中,开始构造,中间拷⻉构造+赋值重载->⽆法优化(vs2019 debug)
//⼀些编译器会优化得更厉害,进⾏跨⾏合并优化,将构造的局部对象aa
//和拷⻉临时对象合并为⼀个直接构造(vs2022 debug)
aa1 = f2();
cout << endl;
return 0;
}