【 C++ 】类和对象（下）

目录

1、构造函数（补充）

        构造函数体赋值

        初始化列表

        explicit关键字

2、static成员

        概念

        特性

3、C++11的成员初始化新玩法

4、友元

        友元函数

        友元类

5、内部类

        概念及特性

6、再次理解封装

7、再次理解面向对象

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1、构造函数（补充）

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。

class Date
{
public:
	Date(int year = 2022, int month = 5, int day = 24)
	{
		_year = year;
		_year = 2023; //第二次赋值
        _year = 2024; //第三次赋值
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

既然构造函数体的语句只能称作为赋初值，现在，可否有一种方式进行初始化呢？即初始化列表初始化。

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:
    //构造函数： -->初始化列表初始化
	Date(int year = 2022, int month = 5, int day = 24)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

当然，我可以在初始化列表初始化，也可以在大括号内进行赋值：

Date(int year = 2022, int month = 5, int day = 24)
	:_year(year)
	, _month(month)
{
	_day = day;
}

注意：

1、初始化列表可以认为就是对象成员变量定义的地方

2、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)

3、类中包含以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化：

1. 引用成员变量
2. const成员变量
3. 自定义类型成员(该类没有默认构造函数)

4、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。

5、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

• 解释注意点2：

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)

Date(int year = 2022, int month = 5, int day = 24)
	:_year(year)
	, _year(month) // err
{}

• 解释注意点3：

先前我们都知道引用的变量和const变量只能在定义时初始化，而普通的变量在定义时不强求初始化，所以我们就不能按照如下的方式操作：

由此可见，我引用成员变量和const成员变量必须在初始化列表进行初始化：

class Date
{
public:
	//初始化列表可以认为就是对象成员变量定义的地方
	Date(int year, int n, int ref)
		:_n(n)
		, _ref(ref)
	{
		_year = year;
	}
private:
	//定义时不强求初始化，后面可再赋值修改
	int _year; //声明

	//只能在定义时初始化
	const int _n;
	int& _ref;
};

自定义类型成员(该类没有默认构造函数)同样也得在初始化列表进行初始化：

class A
{
public:
	A(int x) //非默认构造函数，因为要主动传参
		:_x(x)
	{}
private:
	int _x;
};
class Date
{
public:
	//在初始化列表对自定义类型 _aa 进行初始化
	Date(int a)
		:_aa(a) 
	{}
private:
	A _aa;
};

注意这里的条件，一定得是没有默认构造函数的自定义类型成员才得在初始化列表进行初始化，而默认构造函数简单来说就是不需要传参的函数，这里简单回顾下：

1. 我们没写编译器默认生成的构造函数
2. 无参构造函数
3. 全缺省构造函数

补充：如果自定义类型成员有默认构造，还需要在初始化列表里写吗？

没必要，因为编译器会根据你定义成员变量的顺序，当走到自定义类型成员时自动调用其默认构造函数，如若你在初始化列表里对自定义类型初始化了，那么编译器会拿这个值作为形参传到其自定义类型的默认构造函数，继而输出的值为初始化列表里的值

对于自定义类型，如若我不再初始化列表里初始化，我还想改变其值，只能这样做：

综上。这三类成员必须在初始化列表里初始化：

1. 引用成员变量
2. const成员变量
3. 自定义类型成员(该类没有默认构造函数)

而其它变量既可以在初始化列表初始化，也可以在函数体内初始化，不过建议尽量都在初始化列表里初始化。

Date(int year, int n, int ref, int a)
	:_year(year)
	, _n(n)
	, _ref(ref)
	, _aa(a)
{}

补充：先前我们对内置类型成员给的缺省值其实是给初始化列表当备胎的。

• 解释注意点5：

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

看下面这道题：

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、1   随机值

答案：D

解析：注意我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，既然_a2先声明，则必然进入初始化列表要先执行, _a2(_a1) 。意思是说拿_a1去初始化_a2，不过此时的_a1还是随机值，自然_a2即为随机值，随后执行:_a1(a)。拿a初始化_a1，所以输出的值为1和随机值。

explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用。

class Date
{
public:
	Date(int year)
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year;
};
int main()
{
	Date d1(2022); //构造
	//隐式类型转换
	Date d2 = 2022; //构造 + 拷贝构造 --》 优化成构造
}
//Date d3(d1); //拷贝构造
//Date d4 = d1;//拷贝构造

这里我 Date d2 = 2022; 这段代码就利用到了C++的隐式类型转换，中间会产生一个临时对象，其本质是先拿2022构造一个Date类型的对象，再拿这个对象去拷贝构造给d2。可是编译器会对其直接进行优化，将整个过程直接就是构造。

C++为了避免隐式类型的转换，特地新增一个关键字：explicit，加上了这个关键字它就避免隐式类型转换的发生。此时再去编译，就会报错了

• 补充：

 在上述原有代码的基础上，我们可否这样加上引用？

class Date
{
public:
	Date(int year)
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year;
};
int main()
{
	Date d1(2022);
	Date& d4 = d1;
	const Date& d5 = 2022;
}

我d4引用d1是没问题的，不过我d5要想引用2022必须加上const，首先我d5引用的是2022的临时变量，而临时变量具有常性（只读），加上const保持权限不变。

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2、static成员

概念

声明为static的类成员称为类的静态成员，分为如下两类：

• 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

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

class A
{
private:
	static int _n;
	int _k;
	char _a;
};
int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl; //8
	return 0;
}

这里的运行结果为8，这里的计算规则是按照C语言那套计算结构体大小的规则。并没有把我静态成员变量_n考虑进去，因为静态成员变量属于整个类，是类的所以对象，所以静态变量成员不计入总大小。

• 2、静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字

class A
{
private:
	//声明
	static int _n;
	static int _k;
};
//定义
int A::_n = 0;
int A::_k = 0;

• 3、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

class A
{
public:
	static void Func()
	{
		cout << ret << endl;  // err错误，访问了非静态成员，因为无this指针
		cout << _k << endl; //正确
	}
private:
	//声明
	int ret = 0;
	static int _k;
};
//定义
int A::_k = 0;

• 4、访问静态成员变量的方式

当静态成员变量为公有时，可有如下三种进行访问：

1. 通过对象.静态成员来访问
2. 通过类名::静态成员来行访问
3. 通过匿名对象突破类域进行访问

class A
{
public:
	static int _k;
};
int A::_k = 0;
int main()
{
	A a;
	cout << a._k << endl;  //通过对象.静态成员来访问
	cout << A::_k << endl; //通过类名::静态成员来行访问
	cout << A()._k << endl;//通过匿名对象突破类域进行访问
	return 0;
}

当静态成员变量变成私有时，可采用如下方式：

1. 通过对象.静态成员函数来访问
2. 通过类名::静态成员函数来行访问
3. 通过匿名对象调用成员函数进行访问

class A
{
public:
	static int GetK()
	{
		return _k;
	}
private:
	static int _k;
};
int A::_k = 0;
int main()
{
	A a;
	cout << a.GetK() << endl; //通过对象.静态成员函数来访问
	cout << A::GetK() << endl;//通过类名::静态成员函数来行访问
	cout << A().GetK << endl; //通过匿名对象调用成员函数进行访问
	return 0;
}

• 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

来看两个问题：

• 1、静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

答案：不可以，因为静态成员函数是没有this指针的，无法调用非静态成员函数。

• 2、非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

答案：可以，因为静态成员为所有类对象所共享，不受访问限制

搞清楚了static的特性，来看一道面试题：

面试题：实现一个类，计算中程序中创建出了多少个类对象。

• 思路：

假设命名该类为A，那么A类型的对象一定是经过构造函数或拷贝构造的，那么我们就可以分别定义两个静态成员变量，在构造函数和拷贝构造里++变量，这样，每创建一次对象，变量就++一次，自然就好求了。如下：

class A
{
public:
	A()
	{
		++_count1;
	}
	A(const A& aa)
	{
		++_count2;
	}
	static int GetCount1()
	{
		return _count1;
	}
	static int GetCount2()
	{
		return _count2;
	}
private:
	static int _count1; 
	static int _count2;
};
int A::_count1 = 0;
int A::_count2 = 0;
A Func(A a)
{
	A copy(a);
	return copy;
}
int main()
{
	A a1;
	A a2 = Func(a1);

	cout << a1.GetCount1() << endl; // 1
	cout << a2.GetCount2() << endl; // 3
	cout << A::GetCount1() + A::GetCount2() << endl; // 4
}

补充：这里用全局变量（count1和count2）也是可以的，但不推荐。在简单的程序里可以使用没问题，但是在项目中不推荐用全局的，因为可能会出现链接冲突的问题，还是用静态成员变量为优。

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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 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; //隐式类型转换
	int* p = (int*)malloc(4);
	static int n; //静态成员变量不能给缺省值
};
int A::n = 10;

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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。

友元函数

说明如下：

• 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，因为友元没有this指针
• 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

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。（注意声明的时候编译器会向上寻找）

接下来，就写个自定义类型的<< 和 >>的重载来演示友元函数：

• >> 流提取
• << 流插入

C++里cout和cin是全局的对象包含在的，cin是istream类型的对象，cout是ostream类型的对象

C++中，内置类型是直接支持cout流插入<<和cin流提取>>的，并且其可以自动识别类型。其原因是库里面已经把这些内置类型的给重载了：

而自定义类型就不能直接用>>或<<，因此，我们需要手写这两个的运算符重载。

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。

class Date
{
	//友元函数
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);//流插入 <<
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);//流提取 >>

public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//流插入 <<
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
	return out;
}
//流提取 >>
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}
int main()
{
	Date d1, d2;
	cin >> d1 >> d2;
	cout << d1 << d2;
}

 加上了友元，我们就可以在类外对类的私有成员进行访问。

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。

Date类里想访问我Time类里的私有成员，就让我Date变成你Time的友元类，相反我Time类里想访问Date类里的成员，就让我Time变成Date类的友元类，谁想访问谁，就要把谁设为谁的友元。

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;
};

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5、内部类

C++用到内部类的地方不是很多。

概念及特性

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：

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、枚举成员，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 = 0;
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
		}
	private:
		int _b;
	};
};
int A::k = 10; // A的静态成员k定义
int main()
{
	A aa;
	cout << sizeof(A) << endl; // 4  sizeof(外部类) = 外部类，和内部类没有任何关系。
	A::B bb; //
	bb.foo(aa);
}

如上，我在A的类里定义了一个类B，则B天生就是A的友元，所以在B里可以直接访问A的私有成员变量，而A不是B的友元，这里只是单向，A类不能访问B的成员变量

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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。

想想下，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：

类比C++的封装，其本质就是一种更为严格的管理。 

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7、再次理解面向对象

可以看出面向对象其实是在模拟抽象映射现实世界。