c++类和对象
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目录
- 类的定义
-
- 类的两种定义方式
- 类的访问限定符及封装
-
- 访问限定符
- 封装
- 类的作用域
- 类的实例化
- this指针
- 类的6个默认成员函数
-
- 构造函数
-
- 构造函数体赋值
- 初始化列表
- explicit关键字
- 析构函数
- 拷贝构造函数
- 赋值运算符重载
-
- 赋值运算符重载格式
- 前置++和后置++重载
- 取地址及const取地址操作符重载
- static成员
- 友元
-
- 友元函数
- 友元类
- 内部类
- 匿名对象
- ✌️总结
类的定义
C语言结构体中只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。类定义的形式：
class className
{
};
在花括号内的我们称作类体，类体由成员函数和成员变量组成。在花括号结束后一定要在后面写上分号。
- class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后面分号不能省略。
- 类体中内容称为类的成员，类中的变量称为类的属性或成员变量; 类中的函数称为类的方法或者成员函数。
类的两种定义方式
- 声明和定义全部放在类体中。
成员函数如果在类中定义，编译器可能会将其当成内联函数处理。
class Student {
public:
void Showstd()
{
cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
}
char* _name[10];
char* _sex[10];
int _age;
};
- 类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中，注意：成员函数名前需要加类名
::(域作用限定符)
小tips:
一般情况下，我们更期望采用第二种方式.
成员变量命名规则的建议：一般建议在成员变量前加上一个_。
类的访问限定符及封装
访问限定符
类的访问限定符分别有
- public（公有）
- protected（保护）
- private（私有）
【访问限定符说明】
- public修饰的成员在类外可以直接被访问
- protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)
- 访问权限作用域从该访问限定符出现的位置开始直到下一个访问限定符出现时为止
- 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
- class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)
注意：
访问限定符只在编译时有用，当数据映射到内存后，没有任何访问限定符上的区别
封装
封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互。封装本质上是一种管理，让用户更方便使用类。
C++实现封装的方式：用类将对象的属性与方法结合在一块，让对象更加完善，通过访问权限选择性的将其接口提供给外部的用户使用。
在C++语言中实现封装，可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来隐藏对象内部实现细节，控制哪些方法可以在类外部直接被使用。
类的作用域
类定义了一个新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中。在类体外定义成员时，需要使用::作用域操作符指明成员属于哪个类域。
class Person
{
public:
void PrintPersonInfo();
private:
char _name[20];
char _gender[3];
int _age;
};
void Person::PrintPersonInfo()
{
cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
}
如上代码，PrintPersonInfo函数就需要指定是属于Person这个类域。
类的实例化
用类类型创建对象的过程，称为类的实例化
- 类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它。
- 一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象占用实际的物理空间，存储类成员变量。
- 一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然要注意内存对齐和注意空类的大小，空类比较特殊，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类的对象。
this指针
C++编译器给每个“非静态的成员函数“增加了一个隐藏的指针参数，让该指针指向当前对象(函数运行时调用该函数的对象)，在函数体中所有“成员变量” 的操作，都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。
- this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
- 只能在“成员函数”的内部使用
- this指针本质上是“成员函数”的形参，当对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参。所以对象中不存储this指针。
- this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户传递
类的6个默认成员函数
如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。 但空类中不是什么都没有，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下6个默认成员函数。
默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。
构造函数
构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同，创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证每个数据成员都有 一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。
构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象，而是
初始化对象。
构造函数特征如下：
- 函数名与类名相同。
- 无返回值。
- 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
- 构造函数可以重载。
构造函数又分为无参构造函数和带参构造函数，无参的构造函数又叫默认构造函数。如下代码：
class Data {
public:
//1.无参构造函数
Data()
{
}
//2.带参构造函数
Data(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Data D1; //调用无参构造函数
Data D2(2015, 8, 20); //调用有参构造函数
return 0;
}
注意：如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用跟括号，否则就成了函数声明
例如：Data d3();这种是错误的，因为意图不明确，不知道是定义变量还是定义函数。
如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，一旦用户显式定义编译器将不再生成，即如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成。
C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语言提供的数据类型，如：int/char等，自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型，编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员调用它的默认构造函数，但是对内置类型不调用。
tips：C++11中针对内置类型成员不初始化的缺陷打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值(缺省值)。
无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。 注意：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认构造函数。
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，如下代码：
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date s1(2015, 8, 4);
return 0;
}
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。
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，如下代码：
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date s1(2015, 6, 5);
return 0;
}
tips:
- 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
- 自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)
- 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
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，用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换，如下代码：
class Date
{
public:
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;
};
int main()
{
Date d1(2022);
d1 = 2023; // 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
// 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
return 0;
}
析构函数
析构函数：与构造函数功能相反，析构函数不是完成对对象本身的销毁，局部对象销毁工作是由编译器完成的。而对象在销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理工作。
析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：
- 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
- 无参数无返回值类型。
- 一个类只能有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
- 析构函数不能重载
- 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数，有资源申请时，一定要写，否则会造成资源泄漏。
拷贝构造函数
拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。
拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其特征如下：
- 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
- 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错， 因为会引发无穷递归调用。（因为传值会调用拷贝构造）
- 若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储在字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝
tips:
- 在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
- 类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。
- 为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用尽量使用引用。
拷贝构造函数典型调用场景
- 使用已存在对象创建新对象
- 函数参数类型为类类型对象
- 函数返回值类型为类类型对象
赋值运算符重载
C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。
函数名字为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)
tips:
- 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
- 重载操作符必须有一个类类型参数
- 用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义
- 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
.* :: sizeof ?: .注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。
赋值运算符重载格式
- 参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率
- 返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值
- 检测是否自己给自己赋值
- 返回*this ：要符合连续赋值的含义
赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数，注意重载成全局函数时没有this指针了，需要给两个参数。
赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户如果在类外自己实现 一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重载只能是类的成员函数。
用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝。
内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值。
示例代码：
class Time
{
public:
Time()
{
_hour = 1;
_minute = 1;
_second = 1;
}
Time& operator=(const Time& t)
{
if (this != &t)
{
_hour = t._hour;
_minute = t._minute;
_second = t._second;
}
return *this;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2;
d1 = d2;
return 0;
}
前置++和后置++重载
前置++：返回+1之后的结果
this指向的对象函数结束后不会销毁，故以引用方式返回提高效率
后置++：前置++和后置++都是一元运算符，为了让前置++与后置++形成能正确重载，C++规定，后置++重载时多增加一个int类型的参数，但调用函数时该参数不用传递，编译器自动传递
后置++是先使用后+1，因此需要返回+1之前的旧值，故需在实现时需要先将this保存一份，然后给this + 1而temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
如下代码：
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// 前置++
Date& operator++()
{
_day += 1;
return *this;
}
// 后置++：
Date operator++(int)
{
Date temp(*this);
_day += 1;
return temp;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d;
Date d1(2022, 1, 13);
d = d1++; // d: 2022,1,13 d1:2022,1,14
d = ++d1; // d: 2022,1,15 d1:2022,1,15
return 0;
}
取地址及const取地址操作符重载
这两个默认成员函数一般不用重新定义 ，编译器默认会生成。
这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容！如下代码：
class Date
{
public:
Date* operator&()
{
return this;
}
const Date* operator&()const
{
return this;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
static成员
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
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
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
友元函数
如果我们想将>>重载为类成员函数，如下代码
class Date
{
public:
Date(int year = 2012, int month = 5, int day = 4)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
ostream& operator<<(ostream& _cout)
{
_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
我们会发现重载之后的不是我们想要的效果，因为成员函数第一个参数一定是隐藏的this，所以d1必须放在<<的左侧。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，如下代码：
class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
istream& operator>>(istream& _cin, Date& d)
{
_cin >> d._year;
_cin >> d._month;
_cin >> d._day;
return _cin;
}
int main()
{
Date d;
cin >> d;
cout << d << endl;
return 0;
}
- 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
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
- 友元关系不能传递
- 友元关系不能继承
如下代码：
class Time
{
friend class Date;
public:
Time(int hour = 1, int minute = 5, int second = 5)
: _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)
{
_t._hour = hour;
_t._minute = minute;
_t._second = second;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
Time _t;
};
int main()
{
Date s1;
return 0;
}
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。
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。
如下代码：
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;
}
其中，类B天生就是类A的友元。
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，如下代码：
class a
{
public:
a(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "a(int a)" << endl;
}
~a()
{
cout << "~a()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
a();
return 0;
}
运行结果可以看到，在程序刚执行完这条语句后就调用了析构函数。
✌️总结
文章介绍了c++中的类和对象的一些常规知识用法以及注意事项，觉得有帮助的话可以点赞收藏，由于作者学识有限，如果文中有错误还请指正，及时修改。
