C++类和对象(下)——初始化列表、static成员和友元
C++类和对象——初始化列表、static成员和友元
- 一、再谈构造函数
-
- 1.1 构造函数整体赋值
- 1.2 初始化列表
-
- <1>为什么有初始化列表？
- <2> 如何使用初始化列表
- <3> 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
- 1.3 explicit关键字
-
- <1> 匿名对象
- <2> 为什么有explicit关键字？
- <3> 如何使用explicit关键字？
- 二、static成员
-
- 2.1 概念
- 2.2 特性
-
- <1> 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例
- <2> 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字
- <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
-
- Q1: 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
- Q2：非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
- 三、C++11的成员初始化新玩法
-
- 3.1 为什么？
- 3.2 怎么用？
- 四、友元
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- 4.1 友元函数
- 4.2 友元类
- 五、内部类
关于C++类和对象的学习
C++类和对象(上)——类的基本概念、类的限定符及封装和类成员函数的this指针
C++类和对象(中)——类的6个默认成员函数(构造、析构、拷贝构造、赋值运算符重载)
一、再谈构造函数
1.1 构造函数整体赋值
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。例如我们之前创建的Date类
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_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，但是不能将其称作为类对象成员的初始化，构造函数体中的语句只能将其称作为赋初值，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。
1.2 初始化列表
<1>为什么有初始化列表？
对于我们定义的日期类，当类中出现以下成员时，如果只用构造函数则无法完成变量的初始化了，以下的成员变量需要在定义的时候就需要初始化
- 引用成员变量
- const成员变量
- 自定义类型的成员变量
其次对于自定义的类成员变量，不使用初始化列表会调用多次构造函数
<2> 如何使用初始化列表
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。
注意：每个成员变量在初始化列表中只能出现一次
//1.2.2
class Time
{
public:
Time(int hour = 1, int minute=1,int second = 1)
:_hour(hour)
,_minute(minute)
,_second(second)
{
cout << "Time(int hour = 1, int minute=1,int second = 1)" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
//初始化列表写法
Date(int year=1900, int month=1, int day=1,int hour=1,int minute=1,int second=1)
:_year(year)
,_month(month)
,_day(day)
,_n(10)
,_ref(day)
,_t(hour,minute,second)
{
cout << "Date(int year, int month, int day,int hour,int minute,int second)" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
//定义的时候需要初始化
int& _ref; //引用
const int _n; //const成员变量
Time _t; //自定义类型的成员变量
};
void Test2()
{
Date d1(2021,3,9,2,2,2);
}
结果
<3> 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
如下代码的运行结果是什么？
//1.2.3
class A
{
public:
A(int a)
:_a1(a)
, _a2(_a1)
{
}
void Print() {
cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
}
private:
int _a2;
int _a1;
};
void Test2()
{
A aa(1);
aa.Print();
}
结果
1.3 explicit关键字
<1> 匿名对象
匿名对象顾名思义就是没有名字，其作用域只在一行中有效，例如下面的代码
//1.3.1
class B
{
public:
B(int b = 0)
:_b(b)
{
cout << "B(int b = 0)" << endl;
}
//析构函数
~B()
{
cout << "~B()" << endl;
}
private:
int _b;
};
int main()
{
B bb(10); //生命周期在main函数域
B(2); //匿名对象生命周期在这一行
return 0;
}
<2> 为什么有explicit关键字？
对于c++来说，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。
当我们定义一个类进行初始化时，如果我们采取下面这种定义方式，编译器会自动生成一个匿名对象，然后用匿名对象对cc对象进行拷贝构造。
//1.3.2
class C
{
public:
C(int c)
:_c(c)
{
cout << "C()" << endl;
}
private:
int _c;
};
int main()
{
C cc(2);
cc = 8; //编译器会自动生成一个匿名对象，然后用匿名对象对cc对象进行拷贝构造
return 0;
}
<3> 如何使用explicit关键字？
用explicit修饰构造函数，将会禁止单参构造函数的隐式转换。
//1.3.3
class C
{
public:
explicit C(int c)
:_c(c)
{
cout << "explicit C(int c)" << endl;
}
private:
int _c;
};
int main()
{
C cc(2);
cc = 8; //编译器会自动生成一个匿名对象，然后用匿名对象对cc对象进行拷贝构造
return 0;
}
二、static成员
2.1 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，计算程序中创建出了多少个类对象？这个时候我们就可以使用static成员变量和static成员函数来实现
//2.1 实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。
class A
{
public:
//构造函数
A()
{
++_scount;
}
//拷贝构造函数
A(const A& a)
{
++_scount;
}
static int GetAcount()
{
return _scount;
}
private:
static int _scount;
};
//初始化在类外
int A::_scount = 0;
void TestA()
{
cout << A::GetAcount() << endl;
A aa;
A bb;
A cc(bb);
cout << A::GetAcount() << endl;
}
2.2 特性
<1> 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例
<2> 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字
<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
Q1: 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
不可以，因为静态成员函数没有隐藏的this指针
Q2：非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
可以，因为非静态成员函数含有this指针，指定了静态成员函数的类域
三、C++11的成员初始化新玩法
3.1 为什么？
对于C++98而言，类内自定义的内置类型，编译器会进行初始化，而其他内置类型不会，因此出现则会中初始化方法。
具体查看这篇博客的2.2.7节内容
C++类和对象(中)——类的6个默认成员函数(构造、析构、拷贝构造、赋值运算符重载)
3.2 怎么用？
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。
//3.C++11的成员初始化新玩法
class B
{
public:
B(int b = 0)
:_b(b)
{
}
int _b;
};
class A
{
public:
void Print()
{
cout << a << endl;
cout << b._b << endl;
cout << p << endl;
}
private:
// 非静态成员变量，可以在成员声明时给缺省值。
int a = 10;
B b = 20;
int* p = (int*)malloc(4);
//静态成员不可以
static int n;
};
int A::n = 10;
int main()
{
A a;
a.Print();
return 0;
}
四、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
//4.1
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
ostream& operator<<(ostream& _cout)
{
_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d(2017, 12, 24);
d << cout;
return 0;
}
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。
//4.1
class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
friend istream& operator >> (istream& _cin, Date& d);
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
ostream& operator<<(ostream& _cout)
{
_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
return _cout;
}
istream& operator >> (istream& _cin, Date& d)
{
_cin >> d._year >> d._month >> d._day;
return _cin;
}
int main()
{
Date d(2017, 12, 24);
cout<<d;
//Date d1;
cin >> d;
cout << d;
return 0;
}
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。
比如下面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。
class Date; // 前置声明
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 SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
{
// 直接访问时间类私有的成员变量
_t._hour = hour;
_t._minute = minute;
_t._second = second;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
Time _t;
};
五、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。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
{
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;
}