类的静态成员、类的友元、共享数据的保护、多文件结构

类的静态成员

静态数据成员

• 用关键字static在声明(声明都是在类体内完成的)
• 为该类的所有对象共享，静态数据成员具有静态生存期
• 必须在类外定义和初始化，用::来指明所属的类。
  • 静态数据成员在类外定义和初始化是有原因的，主要目的是为了灵活设定静态数据的初始值。

静态函数成员

• 类外代码可以使用类名和作用域限定符来调用静态成员函数
• 静态成员函数主要用来处理该类的静态成员数据，可以直接调用静态成员函数。
• 如果访问非静态成员函数，可以通过对象来访问。

#include 
using namespace std;
class Point{
       // Point类定义
public:		// 外部接口
    Point(int xx=0,int yy=0):x(xx),y(yy){
      // 构造函数
        // 在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个count
        count++;
    }
    Point(Point &p){
      \\ 拷贝构造函数
        x = p.x;
        y = p.y;
        count++;
    }
    ~Point(){
     count--;}
    int getX(){
     return x;}
    int getY(){
     return y;}
    static void showCount(){
     		// 输出静态数据成员
        cout << " Object count = " << count << endl;
    }
    
private:	// 私有数据成员
    int x,y;
    static int count; // 静态数据成员的声明，用于记录点的个数
};
int Point::count = 0; // 静态数据成员定义和初始化，使用类名限定
int main(){
     
    Point a(4,5); // 定义对象a，其构造函数会使count加1
    count << "Point A: " << a.getX() << ", " << a.getY();
    Point::showCount(); // 输出对象个数   也可以通过a.showCount(); 来调用静态成员函数
    
    Point(a);  // 定义对象b，其拷贝构造函数会使count增1
    cout << "Point B: " << b.getX() << ", " << b.getY();
    Point::showCount(); // 输出对象个数
    
    return 0;
}

类的友元

• 友元是C++提供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制。
• 通过将一个模块A声明为另一个模块B的友元，则模块A能够引用到模块B中本是被隐藏的信息。
• 类的友元可以分为：友元函数和友元类。

为了确保数据的完整性，及数据封装与隐藏的原则，建议尽量不使用或少使用友元。

友元函数

• 友元函数是在类声明中由关键字friend修饰说明的非成员函数，在它的函数体中能够通过对象名访问 private 和 protected成员

作用：增加灵活性，使程序员可以在封装和快速性方面做合理选择。

• 友元函数访问对象中的成员必须通过对象名。

示例： 使用友元函数计算两点间的距离

#include 
#include 

using namespace std;

class Point {
      //Point类声明
public: //外部接口

	Point(int x=0, int y=0) : x(x), y(y) {
      }
	int getX() {
      return x; }
	int getY() {
      return y; }
    
	friend float dist(Point &a, Point &b); // 友元函数

private: //私有数据成员
int x, y;
};

float dist( Point& a, Point& b) {
     
	double x = a.x - b.x;
	double y = a.y - b.y;
	return static_cast<float>(sqrt(x * x + y * y));
}

int main() {
     

	Point p1(1, 1), p2(4, 5);
	cout <<"The distance is: ";
	cout << dist(p1, p2) << endl;

	return 0;
}

友元类

• 若一个类为另一个类的友元，则此类的所有成员都能访问对方类的私有成员。

声明语法：将友元类名在另一个类中使用friend修饰说明。

class A {
     

	friend class B; // 类中友元函数的声明可以放在任何地方，不受public、protected和private的管辖和限制

public:
	void display() {
     
		cout << x << endl;
	}
private:
    int x;
};

class B {
     
public:
	void set(int i);
	void display();
private:
	A a; // 注意被声明为友元类的类，要通过被访问类的对象进行访问该类的成员变量和成员函数
};

void B::set(int i) {
     
	a.x=i;
}

void B::display() {
     
	a.display();
};

注意：类的友元关系是单向的

共享数据的保护

• 对于既需要共享、又需要防止改变的数据应该声明为常类型（用const进行修饰）。

对于不改变对象状态的成员函数应该声明为常函数。

常类型

• 常对象：必须进行初始化,不能被更新。
  • 通过常对象只能调用它的常函数成员。常对象不可调用非常成员函数
  • 定义格式：const 类名 对象名或类名 const 对象名
• 常成员：用const进行修饰的类成员：
  • 常数据成员
  • 常函数成员：不更新对象的数据成员
    • 类型说明符 函数名（参数表）const;这里，const是函数类型的一个组成部分，因此在实现部分也要带const关键字。
• 常引用：被引用的对象不能被更新
  • 格式：const 类型说明符 &引用名
• 常数组：数组元素不能被更新
  • 格式：类型说明符 const 数组名[大小]...
• 常指针：指向常量的指针

常对象举例

class A{
     
public:
    A(int i,int j) {
     x=i; y=j;}

                     ...
private:
    int x,y;
};

A const a(3,4); //a是常对象，不能被更新

常成员函数举例

#include

using namespace std;

class R {
     
public:
  R(int r1, int r2) : r1(r1), r2(r2) {
      }
  void print();
  void print() const; // 常成员函数声明

private:
  int r1, r2;
};

void R::print() {
     
  cout << r1 << ":" << r2 << endl;
}
void R::print() const {
     

  cout << r1 << ";" << r2 << endl;

}

int main() {
     
  R a(5,4);
  a.print(); //调用void print()

  const R b(20,52); 
  b.print(); //调用void print() const

  return 0;
}

常数据成员举例

为什么要在构造函数中完成对常数据成员的初始化赋值操作？

因为常数据成员只能赋值一次，当对象被创建时，会自动调用构造函数，对成员数据进行赋初值，如果不指定，通常被赋值为0，而0不一定时我们想要的数值。

#include 

using namespace std;

class A {
     
public:
	A(int i);
    void print();

private:
	const int a;
    static const int b;  //静态常数据成员,必须在类外定义和初始化，且类外定义不能有static关键字
};

const int A::b=10; // 静态数据成员的定义和初始化

// 注意***********************************************
// 只能通过构造函数的 参数初始化列表 对常数据成员进行初始化。不能采用在构造函数的函数体中对常数据成员赋初值的方法
A::A(int i) : a(i) {
      } // 通过构造函数初始化常数据成员，且只能在初始化列表中初始化，不能在构造函数的函数体中初始化赋值

void A::print() {
     
	cout << a << ":" << b <<endl;
}

int main() {
     

//建立对象a和b，并以100和0作为初值，分别调用构造函数，
//通过构造函数的 初始化列表 给对象的 常数据成员 赋初值
	A a1(100), a2(0);
	a1.print();
	a2.print();
	
    return 0;
}

常引用举例

常引用作形参

• 如果用常引用做形参，便不会意外地发生对实参的更改。这要既能高效的访问引用对象，又能保证被引用对象的安全

#include 
#include 

using namespace std;

class Point {
      //Point类定义

public:          //外部接口
	Point(int x = 0, int y = 0): x(x), y(y) {
      }
	int getX() {
      return x; }
    int getY() {
      return y; }

    friend float dist(const Point &p1,const Point &p2);  // 这样的友元函数创建，会使得当前类更安全

private:         //私有数据成员
    int x, y;
};

float dist(const Point &p1, const Point &p2) {
     
	double x = p1.x - p2.x; 
    double y = p1.y - p2.y;
    return static_cast<float>(sqrt(x*x+y*y));
}

 int main() {
       //主函数
	const Point myp1(1, 1), myp2(4, 5);    
	cout << "The distance is: ";
	cout << dist(myp1, myp2) << endl;

    return 0;
}

如何理解初始化列表？？？

多文件结构

声明和定义的重新理解

声明和定义是两码事，声明仅仅是给编译器作提示用，定义是编译器实实在在地把内容转换成二进制代码，分配内存空间，作为可执行的特定指令。所以声明可以有多处，但是同一内容却只能定义一次以避免定义二义性和模糊性。用extern就是明确告诉编译器这是在声明，而不是定义。

对于函数的声明，加不加extern都行，因为函数的声明后面会跟一个分号，很容易辨识。但是，基本变量的定义和声明在不加extern时，都会被对待为定义，所以要想使用其他文件的全局变量，必须在引用的文件中用extern声明。

外部变量

• 如果一个变量除了在定义它的源文件中可以使用外，还能被其他文件使用，那么就称这个变量为外部变量。
• 文件作用域中定义的变量，默认情况下就是外部变量，但在其他文件中如果需要使用这一变量，就需要用extern关键字加以声明。

外部函数

• 在所有类之外声明的函数(也就是非成员函数)，都是具有文件作用域的。
• 这样的函数可以在不同的编译单元中被使用，只要在调用之前进行引用性声明（即声明函数原型）即可。也可以在声明函数原型时用extern修饰，其效果与不加修饰的默认状态是一样的。

将变量和函数限制在编译单元内

• 使用匿名的命名空间：在匿名命名空间中定义的变量和函数，都不会暴露给其他的编译单元。

 namespace{
       // 被namespace{...}括起来的区域都属于匿名的命名空间。
     int n;
     void f(){
     
         n++;
     }
 }

多文件结构的编译过程