C++类与对象再升华
C++类与对象升华补充
- 1. 再谈构造函数
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- 1.1 初始化列表
- 1.2 explicit关键字
- 2. static成员
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- 2.1 特性
- 3. C++11的成员初始化新玩法
- 4. 友元
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- 4.1 友元函数
- 4.2 友元类
- 5. 内部类
- 6. 再次理解封装
C++类与对象初识
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C++类与对象升华
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1. 再谈构造函数
1.1 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;
};
初始化列表可以认为是对象中每个成员变量所定义初始化的地方。
那么为什么要引入这个初始化列表呢？
- 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)
- 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 （const所定义出来的变量必须在创建的时候进行初始化）
自定义类型成员(该类没有默认构造函数)（默认构造函数：不用参数就可以调用的）
class A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{
}
private:
int _a;
};
class B
{
public:
B(int a, int ref)
:_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
};
- 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。
- 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
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();
}
A.输出1 1
B.程序崩溃
C.编译不通过
D.输出1 随机值
答案是D，因为你的声明次序是先声明a2的，然而你的初始化列表a2的初始化在第二个，但是和这个顺序无关，他会直接先初始化a2，因为已经在声明的时候决定了，然而此时的a1还是一个随机值，后面把a1赋值为了a。
建议：声明的顺序要和初始化列表的顺序相同。
对于初始化列表的使用建议就是： 能使用初始化列表的都使用
1.2 explicit关键字
1.匿名对象作用：其他地方都不用，就只有这一行使用
class A
{
public:
A(int a)
:_a1(a)
, _a2(_a1)
{
}
private:
int _a1;
int _a2;
}
int main()
{
A aa1(2); //他的生命周期在main函数域
A(2); //匿名对象，他的生命周期就在这一行
return 0;
}
对一个对象初始化，还可以 A aa2 = 1；也是可以满足的
int main()
{
A aa1(2); //他的生命周期在main函数域
A(2); //匿名对象，他的生命周期就在这一行
A aa2 = 1;
return 0;
}
构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用。
class Date
{
public:
Date(int year)
:_year(year)
{
}
explicit Date(int year)
:_year(year)
{
}
private:
int _year;
int _month:
int _day;
}；
void TestDate()
{
Date d1(2018);
// 用一个整形变量给日期类型对象赋值
// 实际编译器背后会用2019构造一个无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值
//实际上是进行了一个隐式的转换
//临时变量具有常性，需要加const
d1 = 2019;
}
上述代码可读性不是很好，用explicit修饰构造函数，将会禁止单参构造函数的隐式转换。
2. static成员
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。静态的成员变量一定要在类外进行初始化
面试题：实现一个类，计算程序中创建了多少个类对象
//我每创建一个对象相应的就会调用一次构造
class A
{
public:
A()
{
_count++;
}
A(const A& aa)
{
}
int GetCount()
{
return _count;
}
private:
static int _count; //此时任意一个对象都可以访问这个成员变量，且访问的是同一个
};
//但是这样子写是有问题的，因为无法识别你的_count此时在全局域，不是在A这个类域中
//int _count = 0;
int A::_count = 0;
int main()
{
cout << sizeof(A) << endl; //因为你的成员变量在静态区，所以不占空间大小，但是显示1用来占位，表示类创建出来了
A a1;
A a2;
A a3;
A a4;
//你会发现这个是无法编译通过的，因为你的_count是私有的成员函数
//cout << _count << endl;
//这里a1相当于帮助他去突破类域去找位置,但是问题就是此时你需要把你的_count变为公有的
//cout << a1._count<< endl;
//cout << A::_count << endl;
//当变为私有的时候，可以写一个成员函数去调用这个成员变量
cout << a1.GetCount() << endl;
return 0;
}
2.1 特性
- 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例
- 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字
- 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
- 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
- 静态成员和类的普通成员一样，也有public、protected、private3种访问级别，也可以具有返回值
3. C++11的成员初始化新玩法
C++11支持非静态成员变量在声明时进行初始化赋值，但是要注意这里不是初始化，这里是给声明的成员变量缺省值。
class A
{
public:
void Print()
{
cout << a << endl;
}
private:
//非静态成员变量，可以在成员声明时给缺省值
//一定要清楚，这里不是赋值，是给了一个缺省值
int a = 10;
};
为什么会增加这个呢？因为在C++98中，默认生成的构造函数有些偏心，针对内置类型没有处理，自定义类型就会调用它的构造函数。
题目：求1+2+3+…+n，要求不能使用乘除法、for、while、if、else、switch、case等关键字及条件判断语句（A?B:C）。
解题思路：这里需要借助构造函数和static和后面的内部类来解题。
class Solution {
class Sum//Sum 是Solution的内部类，也就天生是solution的友元类
{
public:
Sum()
{
_ret += _i;
_i++;
}
};
public:
int Sum_Solution(int n) {
_i = 1; //这里或许不好理解，为什么还要初始化一次
_ret = 0;
Sum arr[n]; //C99下所支持的变长数组
return _ret;
}
private:
static int _i; //这里只是声明
static int _ret;
};
int Solution::_i = 1; //这里是定义+初始化
int Solution::_ret = 0;
4. 友元
友元分为：友元函数和友元类
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。
4.1 友元函数
问题：现在我们尝试去重载operator<<，然后发现我们没办法将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。所以我们要将operator<<重载成全局函数。但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。operator>>同理。
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& out, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
这里的cout<
//void operator<<(ostream& out)
//{
// out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
//}
这样就更过不了了，因为参数多了
//void operator<<(ostream& out，const Date& d)
//{
// out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
//}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
//为了避免不抢相互之间的位置，不能把他们写为成员函数，但是问题来了？那么私有的变量怎么才能访问到呢？
//所以这里引入了友元
//void operator<<(ostream& out, const Date& d)
//{
// out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
//}
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, t Date& d)
{
in >> d._year;
in >> d._month;
in >> d._day;
return in;
}
int main()
{
Date d1;
Date d2(2021,3,8);
Date d3(2021, 3, 9);
cout << d1;
cout << d2 << d3<<endl;
cin >> d1>>d2;
cout << d1<<d2;
return 0;
}
说明:
- 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和原理相同
4.2 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。
- 友元关系是单向的，不具有交换性。比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，那么可以在Date类中直接访问Time 类的私有成员变量，但想在Time类中访问Date类中私有的成员变量则不行。
- 友元关系不能传递 如果B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元
#include5. 内部类
概念：如果一个类定义在另一个类的内部，这个内部里面的类就叫做内部类。注意此时这个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调用内部类。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。注意友元类的定义，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：
- 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。
- 注意内部类可以直接访问外部类中的static、枚举成员，不需要外部类的对象/类名。
- 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;
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;
但是友元在一定程度上破坏了封装性，所以能不用就不要用，我们本来是用private就是想要私有化，不让别人随便的拿到。
6. 再次理解封装
C++是基于面向对象的程序，面向对象有三大特性即：封装、继承、多态。
C++通过类，将一个对象的属性与行为结合在一起，使其更符合人们对于一件事物的认知，将属于该对象的所有东西打包在一起；通过访问限定符选择性的将其部分功能开放出来与其他对象进行交互，而对于对象内部的一些实现细节，外部用户不需要知道，知道了有些情况下也没用，反而增加了使用或者维护的难度，让整个事情复杂化。
下面举个例子来让大家更好的理解封装性带来的好处，比如：乘火车出行
我们来看下火车站：
售票系统：负责售票----用户凭票进入，对号入座
工作人员：售票、咨询、安检、保全、卫生等
火车：带用户到目的地
火车站中所有工作人员配合起来，才能让大家坐车有条不紊的进行，不需要知道火车的构造，票务系统是如 何操作的，只要能正常方便的应用即可。
想一下，如果是没有任何管理的开放性站台呢？ 火车站没有围墙，站内火车管理调度也是随意，乘车也没有规矩，比如：
