【C++初阶】类和对象（下）之友元 + 内部类 + 匿名对象

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一、友元

友元提供了一种 突破封装 的方式。友元分为：友元函数和友元类。

1.1 友元函数

我们在实现日期类的时候就用到了友元函数。重载operator<<时，发现没办法将operator<<重载成成员函数，因为成员函数的第一个参数通常是一个指向当前对象的this指针。而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。因此只能将operator<<重载成全局函数。但这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。

#include 
using namespace std;

class Date
{
public:
	// 友元声明
	// (以下两个函数可以使用类中的成员变量)
	friend istream& operator>>(istream& cin, Date& x);
	friend ostream& operator<<(ostream& cout, const Date& x);

private:
	int Year;
	int Month;
	int Day;
};

istream& operator>>(istream& cin, Date& x)
{
	cin >> x.Year >> x.Month >> x.Day;
	return cin;
}

ostream& operator<<(ostream& cout, const Date& x)
{
	cout << x.Year  << "年" << x.Month << "月" << x.Day << "日";
	return cout;
}

int main()
{
	Date d1;
	cin >> d1;
	cout << d1 << endl;

	return 0;
}

【结果展示】

1.11 友元函数特性

1. 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

这是因为成员函数是通过类的对象来调用的，必须要有对象才能调用成员函数。而友元函数并不属于类的成员函数，因此不能直接访问类的成员函数。

2. 友元函数不能用const修饰

友元函数是在类的外部定义的它能够访问类的私有成员。而 const 关键字表示成员函数不会修改该对象的状态，但是友元函数并没有绑定到任何对象上，也不受类的访问控制，所以 const 修饰符对友元函数没有意义。

3. 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
4. 一个函数可以是多个类的友元函数
5. 友元函数的调用与普通函数的调用原理相同

1.12 为什么不推荐使用友元

• 首先，友元打破了封装性原则：使得类的实现细节暴露给了外部，增加了代码的复杂度和难度。
• 友元关系是单向的，如果需要访问多个类的私有成员，就需要在每个类中都进行友元声明，这会增加代码维护的难度。
• 最后，友元破坏了类的继承关系，子类无法继承基类中的友元关系，从而限制了代码的可维护性和可扩展性。
• 因此，尽管友元在某些情况下可以提供便利，但在一般情况下，不推荐使用友元。

1.2 友元类

#include 
using namespace std;

class Time
{
	friend class Date; 
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;
};

以上代码在Time类中声明Date类的友元类，则在Date类中就直接访问Time类

1.21 友元类的特性

1. 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

2. 友元关系不能传递

如果C是B的友元， B是A的友元，不能说明C时A的友元。

3. 友元关系不能继承

二、内部类

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。

#include 
using namespace std;

class A
{
public:
	// B是A的内部类
	class B 
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			
		}
	};
private:
	static int k;
	int h;
};
// static成员变量的定义方式
int A::k = 1;

2.1 内部类的特性

1. 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的
2. 内部类是一个独立的类，它不属于外部类，注意：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
3. 但内部类就是外部类的友元类。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。（总之，内部类可以访问外部类中的所有成员，而外部类不行）。并且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

#include 
using namespace std;

class A
{
public:
	A(int i = 3)
		:h(i)
	{

	}
	// B是A的内部类
	class B 
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			// 内部类可以直接访问外部类中的static成员
			cout << k << endl;
			// 内部类可以访问外部类中的所有成员
			cout << a.h << endl;
		}
	};
private:
	static int k;
	int h;
};
// static成员变量的定义方式
int A::k = 1;

int main()
{
	A a1;
	A::B b; //内部类的定义方式
	
	b.foo(a1);

	return 0;
}

【程序结果】

5. sizeof(外部类) = 外部类，和内部类没有任何关系

#include 
using namespace std;

class A
{
public:
	A(int i = 3)
		:h(i)
	{

	}
	// B是A的内部类
	class B 
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			// 内部类可以直接访问外部类中的static成员
			cout << k << endl;
			// 内部类可以访问外部类中的所有成员
			cout << a.h << endl;
		}
	};
private:
	static int k;
	int h;
};
// static成员变量的定义方式
int A::k = 1;

int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;

	return 0;
}

【程序结果】

注意：static修饰的成员变量不需要计算。因为静态成员变量属于类，属于类的每个对象共享，不属于某个具体的对象，存储在静态区。

三、匿名对象

匿名对象的特点 不用取名字

#include 
using namespace std;

class A
{
public:
	// 构造函数
	A(int i)
		:a(i)
	{
		cout << "调用构造" << endl;
	}
	// 析构函数
	~A()
	{
		cout << "调用析构" << endl;
	}
private:
	int a;
};

int main()
{
	A(2); // 匿名对象
	A a(1); // 有名对象
	
	return 0;
}

但是匿名对象的生命周期只有一行，我们可以看到下一行他就会自动调用析构函数，而有名函数的声明周期是当前函数的局部域。

3.1 匿名对象的特性

1. 匿名对象具有常属性

2. const引用匿名对象，生命周期就就和有名对象一样：当前函数的局部域

A(2)首先会调用拷贝构造，然后就再屏幕上打印“调用构造”，紧接着由于类型转换，中间会生成临时变量，而临时变量同样也是具有常属性的，然后临时变量再拷贝构造给x。所以，这应该调用两次构造，而为什么只调用了一次呢？原因是：对于这种连续的构造，编译器会直接优化用直接构造，提高效率。