【C++】类和对象（下）

目录

一，再谈构造函数

1，构造函数体赋值

2，初始化列表

3，explicit 关键字

二，static 成员

1，概念

2，特性

三，友元

1，友元函数

2，友元类

四，内部类

五，匿名对象

六，拷贝对象时的一些编译器优化

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一，再谈构造函数

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

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。

class Date
{
public:
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(初始化只能初始化一次)

2，类中包含以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化：

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)

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a(a)
	{}
private:
	int _a;
};
 
class B
{
public:
	B(int a = 10, int ref = 10)
		:_aobj(a)
		, _ref(ref)
		, _n(10)
	{}
private:
	A _aobj;  // 没有默认构造函数
	int& _ref;  // 引用
	const int _n; // const 
};
 
int main()
{
	B d;
	return 0;
}

3，尽量使用初始化列表初始化，因为不管你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。

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);
}

4，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

我们来看一段代码：

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();
}

按声明的顺序的话，先给 _a2 初始化此时只能是随机数了；

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 Date
{
public:
	 Date(int year)
		:_year(year)
	{}
 
	//explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
	//: _year(year)
	//, _month(month)
	//, _day(day)
	//{}
 
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
		return *this;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void Test()
{
	Date d1(2022);
	// 实际编译器背后会用2023构造一个无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值
	d1 = 2023;
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

上述代码中，构造函数只有一个单个参数，2023 先构造一个临时对象，然后再给 d1 对象赋值；

（隐式类型转换）

class Date
{
public:
	// Date(int year)
	//	:_year(year)
	//{}
 
	Date(int year, int month = 1, int day = 1)
	: _year(year)
	, _month(month)
	, _day(day)
	{}
 
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
		return *this;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

当用半缺省构造函数时，也能达到同样的效果；

class Date
{
public:
	// Date(int year)
	//	:_year(year)
	//{}
 
	explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
	: _year(year)
	, _month(month)
	, _day(day)
	{}
 
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
		return *this;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

用 explicit 修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。

二，static 成员

1，概念

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

我们直接先来看一道面试题目：

面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

创建类对象无非就是在构造函数和拷贝构造函数里面能创建；

int _scount = 0;
class A
{
public:
	A()
	{
		++_scount;
	}
	A(const A& t)
	{
		++_scount;
	}
};
 
 
void TestA()
{
	cout << _scount << endl;
	A a1, a2;
	A a3(a1);
	cout << _scount << endl;
}
 
int main()
{
	TestA();
	return 0;
}

我们刚开始想的肯定就是用全局变量来做了；

这道题用 static 也一样能做出来；

class A
{
public:
	A() 
	{ 
		++_scount; 
	}
	A(const A& t) 
	{ 
		++_scount; 
	}
	static int GetACount() 
	{ 
		return _scount; 
	}
 
private:
	static int _scount;
};
 
int A::_scount = 0;
 
void TestA()
{
	cout << A::GetACount() << endl;
	A a1, a2;
	A a3(a1);
	cout << A::GetACount() << endl;
}
 
int main()
{
	TestA();
	return 0;
}

需要注意的是：

静态成员变量一定要在类外面初始化；

静态成员函数的参数没有 this 指针，所以静态成员函数不可以调用非静态成员函数；

2，特性

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

三，友元

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，所以友元不宜多用。 友元分为：友元函数和友元类

1，友元函数

问题：现在尝试去重载 operator<<，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。operator>>同理。

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;
};

但是这样的话很明显是不可取的；所以我们要把她定义在类外面去；

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, Date& _d);
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
 
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
 
ostream& operator<<(ostream& _cout, Date& _d)
{
	_cout << _d._year << " " << _d._month << " " << _d._day << endl;
	return _cout;
}
 
int main()
{
	Date d(2023,11,3);
	cout << d;
	return 0;
}

像这样的话就OK了，友元的声明在类的任意位置都可以不受私有，公有的影响；

特点：

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。

1，友元关系是单向的，不具有交换性。

2，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。

来看一段代码：

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 print()
	{
		cout << _t._hour << " " << _t._minute << " " << _t._second << endl;
 
	}
 
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};
 
int main()
{
	Date d;
	d.print();
	return 0;
}

友元类里的所有成员函数都可以访问另一个类

四，内部类

概念：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。

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=1;
 
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;
}

五，匿名对象

匿名对象：类名（）

class A
{
public:
	A(int a = 666)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
	void print()
	{
		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().print();
 
	cout << 2;
	return 0;
}

可以看到函数都还没有走完就已经调用析构函数了；

而且可以直接只用，不需要提前定义没有前摇！

六，拷贝对象时的一些编译器优化

在传参和传返回值的过程中，一般编译器会做一些优化，减少对象的拷贝，这个在一些场景下还是非常有用的。

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;
};
 
void f1(A aa)
{}
 
A f2()
{
	A aa;
	return aa;
}
 
int main()
{
	// 传值传参
	A aa1;
	f1(aa1);
	cout << endl;
	// 传值返回
	f2();
	cout << endl;
	// 隐式类型，连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
	f1(1);
	// 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;
	// 一个表达式中，连续拷贝构造+拷贝构造->优化一个拷贝构造
	A aa2 = f2();
	cout << endl;
	// 一个表达式中，连续拷贝构造+赋值重载->无法优化
	aa1 = f2();
	cout << endl;
	return 0;
}

就拿 f1（A(2)) 举例；本应该是 构造—拷贝构造，编译器直接给优化成 构造了；

还有 A aa2 = f2() ，本应该是 拷贝构造—拷贝构造，编译器直接优化成 拷贝构造；

A aa2 = f2() 相当于 A aa2（ f2（））

隐式类型：连续构造 + 拷贝构造 -> 优化为直接构造
一个表达式中，连续构造 + 拷贝构造 -> 优化为一个构造
一个表达式中，连续拷贝构造 + 拷贝构造 -> 优化一个拷贝构造

注意的是，一定要是在一个表达式里面！

类和对象就到此结束啦！