【C++初阶】类和对象（收官）
大家好我是沐曦希
文章目录
- 1.再谈构造函数
-
- 1.1 构造函数体赋值
- 1.2 初始化列表
- 1.3 explicit关键字
- 2.static成员
-
- 2.1 概念
- 2.2 特性
-
- 面试题
- 3.友元
-
- 3.1 友元函数
- 3.2 友元类
- 4.内部类
- 5. 匿名对象
- 6.拷贝对象时编译器一些优化
- 7.再次理解类和对象
1.再谈构造函数
1.1 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。
1.2 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。
#include
栈的初始化列表
class Stack
{
public:
//初始化列表和函数体内初始化可以混着来
Stack(int capacity = 4)
:_top(0)
,_capacity(capacity)
{
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
if (_a == nullptr)
{
perror("malloc fail");
exit(-1);
}
}
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
我们发现，通过初始化列表，就可以将内部成员进行初始化，但问题来了，我们在类和对象中谈到过的构造函数不也可以给他们赋初值吗？
事实上构造函数的确可以给上述类中的内部成员赋值，但是不是初始化，只能说是给其一个值让其有相应的内容，即构造函数可以多次给其赋值。然而，有一些类型的成员变量只能初始化一次且不能被再次修改，出现这样的情况就不能用构造函数赋值了，而是要用初始化列表进行初始化。
【注意】
- 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：
2.1 引用成员变量
2.2 const成员变量
2.3 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, int b)
:_a(a)
,_b(b)
{}
private:
int _a;
int _b;
};
class B
{
public:
B(int a, int ref)
:_aobj(a,ref)
, _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 d1(1, 1);
return 0;
}
1.3 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。
#include用explicit修饰构造函数，将会禁止单参构造函数的隐式转换
class Date
{
public:
// 1. 单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用
// explicit修饰构造函数，禁止类型转换---explicit去掉之后，代码可以通过编译
explicit Date(int year)
:_year(year)
{}
/*
// 2. 虽然有多个参数，但是创建对象时后两个参数可以不传递，没有使用explicit修饰，具
有类型转换作用
// explicit修饰构造函数，禁止类型转换
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);
// 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;
// 将1屏蔽掉，2放开时则编译失败，因为explicit修饰构造函数，禁止了单参构造函数类型转换的作用
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
上述代码可读性不是很好，用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。
多参数构造——C++11才开始支持
#include
2.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。静态成员变量一定要在类外进行初始化。
静态成员函数和静态成员变量可以相互配合起来使用
实现一个类，计算中程序中创建出了多少个类对象:
我们可以在类中声明一个静态成员N用来统计创建多少个类对象，然后在设置一个静态成员函数可以进行调用，在类外对N进行定义初始化
#include
F1(aa1);//传值传参调用拷贝构造
cout << aa1.GetN() << endl;
F2();
cout << aa1.GetN() << endl;
F3(aa1);
cout << aa1.GetN() << endl;
cout << A::GetN() << endl;
return 0;
}
2.2 特性
- ** 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。
- 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。
- 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。
- 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制。
面试题
JZ64 求1+2+3+…+n
class Sum
{
public:
Sum()
{
_ret += _i;
++_i;
}
static int GetRet()
{
return _ret;
}
private:
static int _i;
static int _ret;
};
int Sum::_i = 1;
int Sum::_ret = 0;
class Solution {
public:
int Sum_Solution(int n) {
Sum arr[n];
return Sum::GetRet();
}
};
在C++中，静态成员是属于整个类的而不是某个对象，静态成员变量只存储一份供所有对象共用。所以在所有对象中都可以共享它。使用静态成员变量实现多个对象之间的数据共享不会破坏隐藏的原则，保证了安全性还可以节省内存。类的静态成员函数没有this指针,只能访问静态成员变量。
- 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
不能 - 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
不能
3.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
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。
3.1 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。
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。：
#include
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
3.2 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C是B的友元， B是A的友元，则不能说明C时A的友元。 - 友元关系不能继承，在继承位置再给大家详细介绍。
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;
};
4.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：
- 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;
int main()
{
A::B b;
b.foo(A());
return 0;
}
5. 匿名对象
匿名对象是指在实列化类时候，没有给对象名称，类似结构体，只能使用一次。
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
class Solution {
public:
int Sum_Solution(int n) {
//...
return n;
}
};
int main()
{
A aa1;
// 不能这么定义对象，因为编译器无法识别下面是一个函数声明，还是对象定义
//A aa1();
// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点不用取名字，
// 但是他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();
A aa2(2);
// 匿名对象在这样场景下就很好用
Solution().Sum_Solution(10);
return 0;
}
6.拷贝对象时编译器一些优化
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)
{}
int main()
{
//优化场景1：
//A aa1 = 1; //A tmp(1) A aa1(tmp)--->构造+拷贝构造———>优化 A aa1(1)
//优化场景2：
//A aa1(1);构造
//f1(aa1);拷贝构造
f1(A(1));//构造匿名对象+拷贝构造——>优化，直接构造
return 0;
}
对于优化场景1：我们知道，隐式转化会构造一个临时对象tmp(1)，然后再去进行拷贝构造，但是编译器在这个地方进行了优化，只需要构造一次就足矣。
对于优化场景2：对于匿名对象类，我们需要构造匿名对象，还需要进行拷贝构造，但是这里也进行了优化，构造。
优化场景3：
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;
};
A f2() 0
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
//f2();
//优化场景3：
A ret = f2();//构造+拷贝构造+拷贝构造——>优化：构造+拷贝构造
return 0;
}
对于f2()返回时候，会拷贝构造一个临时变量，再用该变量拷贝构造ret。
优化后直接用aa拷贝构造ret。
但是变成下面情况，编译器不会优化：
int main()
{
A ret;
ret = f2();
return 0;
}
优化场景四:
A f3()
{
return A(10);
}
int main()
{
A ret = f3();
//本来:构造+拷贝构造+拷贝构造
//优化:构造
return 0;
}
7.再次理解类和对象
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
面向对象其实是在模拟抽象映射现实世界。
类是对某一类实体(对象)来进行描述的，描述该对象具有那些属性，那些方法，描述完成后就形成了一种新的自定义类型，才用该自定义类型就可以实例化具体的对象。
