类和对象（三）
今天，我带来类和对象的最终篇。
目录
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- 再谈构造函数
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- 构造函数体赋值
- 初始化列表
- explicit关键字
- static成员
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- 概念
- 特性
- 【面试题】
- 友元
-
- 友元函数
- 友元类
- 内部类
- 匿名对象
- 拷贝对象时的一些编译器优化
- 再次理解类和对象
再谈构造函数
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。
class Student
{
public:
Student(long long StudentNum,int weight,int height)
{
_StudentNum = StudentNum;
_weight = weight;
_height = height;
}
private: //成员变量一般设置为私有
long long _StudentNum;//学号
int _weight;//体重
int _height;//身高
};
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。
#include【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：
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)
class A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{}
private:
int _a;
};
class B
{
public:
B(int a, int ref)
:_aobj(a)
, _ref(ref)
, _n(10)
{}
private:
A _aobj; // 没有默认构造函数
int& _ref; // 引用
const int _n; // const
};
- 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。
class Time
{
public:
Time(int hour = 0)
:_hour(hour)
{
cout << "Time() , _hour : 的值 : " << _hour << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int day)
{}
private:
int _day;
Time _t;
};
int main()
{
Date d(1);
}
Date类写了构造函数，那么就不会再生成默认构造函数，而在自己实现的构造函数体里面，没有调用_t的构造函数，但是在运行结果中，确实调用了_t的构造函数，那么就是在Date类构造函数的初始化列表中调用。
- 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。
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.输出1 随机值
*/
在A类型，首先声明的是_a2，再声明_a1（即int _a2，int _a1），所以初始化列表，先初始化_a2，再初始化_a1，观察初始化列表，用_a1初始化_a2，_a1是随机值，所以_a2被初始化为随机值，而a初始化_a1，所以_a1是1。
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。
单参构造函数：
class Date
{
public:
Date(int year)
:_year(year)
{}
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);
d1 = 2023;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
上面代码正常运行，在d1 = 2023中，2023先隐式转换为Date类类型，然后再赋值给d1。
class Date
{
public:
explicit Date(int year)//报错
:_year(year)
{}
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);
d1 = 2023;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
报错原因，构造函数被explicit修饰以后，代表着禁止类型转换，由于2023要赋值给d1，要先发生隐式类型转换，而类型转换又被禁止，造成冲突。
除第一个参数无默认值其余均有默认值的构造函数：
class Date
{
public:
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);
d1 = 2023;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
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。
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;
};
void Test()
{
Date d1(2022);
d1 = 2023;
}
int main()
{
Test();
return 0;
}
explicit修饰构造函数，禁止类型转换。由于2023要赋值给d1，要先发生隐式类型转换，而类型转换又被禁止，造成冲突。
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。
class Student
{
public:
Student(long long StudentNum, int weight, int height)
{
_StudentNum = StudentNum;
_weight = weight;
_height = height;
}
private: //成员变量一般设置为私有
long long _StudentNum;//学号
int _weight;//体重
int _height;//身高
static int n;//静态成员变量
};
int Student::n = 0; //静态成员变量一定要在类外进行初始化
int main()
{
Student* p = new Student(202212070065, 135, 179);//在实例化的时候，编辑器会自动调用构造函数，进行传参
return 0;
}
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
【问题】
- 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
class Student
{
public:
Student(long long StudentNum, int weight, int height)
{
_StudentNum = StudentNum;
_weight = weight;
_height = height;
}
void Print()
{
cout << "学号 : " << _StudentNum << " 体重 : " << _weight << " 身高 : " << _height << endl;
}
static int Add(int a,int b)//静态成员函数
{
Print();//调用非静态成员函数
return a + b;
}
private: //成员变量一般设置为私有
long long _StudentNum;//学号
int _weight;//体重
int _height;//身高
};
int main()
{
Student* p = new Student(202212070065, 135, 179);//在实例化的时候，编辑器会自动调用构造函数，进行传参
p->Add();//静态成员函数
return 0;
}
报错，静态成员函数不可以调用非静态成员函数，原因：静态成员函数没有this指针，编辑器由静态成员函数调用非静态成员函数的过程中，无法传this指针，所以报错。
- 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
class Student
{
public:
Student(long long StudentNum, int weight, int height)
{
_StudentNum = StudentNum;
_weight = weight;
_height = height;
}
void Print()//非静态成员函数
{
cout << "学号 : " << _StudentNum << " 体重 : " << _weight << " 身高 : " << _height << endl;
Add(1,2);//调用静态成员函数
}
static int Add(int a,int b)
{
return a + b;
}
private: //成员变量一般设置为私有
long long _StudentNum;//学号
int _weight;//体重
int _height;//身高
};
int main()
{
Student* p = new Student(202212070065, 135, 179);//在实例化的时候，编辑器会自动调用构造函数，进行传参
p->Print();//非静态成员函数
return 0;
}
成功运行，所以非静态成员函数可以调用静态成员函数。静态成员函数不需要this指针，所以编辑器不会传this指针过去，非静态成员函数有this指针并不影响。
【面试题】
面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。
class A
{
public:
A() //构造类就加1
{
++_scount;
}
A(const A & t)//拷贝构造就加1
{
++_scount;
}
~A()//析构就减1
{
--_scount;
}
static int GetACount() //返回个数
{
return _scount;
}
private:
static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
void TestA()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;//构造a1，a2
A a3(a1);//拷贝构造a3，总共创建了三个对象
cout << A::GetACount() << endl;
}
int main()
{
TestA();
return 0;
}
友元
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。
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
我们来尝试重载cout函数。
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
ostream & operator<<(ostream& _cout)
{
_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
我们可以发现，在调用自己重载的cout时，只能用d1 << cout; -或者d1.operator<<(&d1, cout); 不符合常规调用，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。
如果我们想要和库里面的打印一样，是cout << d1，应该怎么办呢？
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;
}
说明：
- 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。
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C是B的友元， B是A的友元，则不能说明C是A的友元。 - 友元关系不能继承。
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;
};
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，也就是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;
cout << a.h << endl;
}
};
};
int A::k = 1;
int main()
{
A::B b;
b.foo(A());
return 0;
}
至于成员变量h为什么有初始化，是因为匿名对象A()有进行初始化。
匿名对象
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()
{
//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();
return 0;
}
拷贝对象时的一些编译器优化
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)
{}
A f2()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
// 传值传参
A aa1;
f1(aa1);
cout << endl;
// 传值返回
f2();
cout << endl;
// 隐式类型，连续构造+拷贝构造（1构造为A类型，传参要构造临时对象，再进行拷贝构造）-->优化为直接构造
f1(1);
// 一个表达式中，连续构造+拷贝构造（A(2)构造一个匿名对象，传参，构造临时对象，传参，拷贝构造）->优化为一个构造
f1(A(2));
cout << endl;
// 一个表达式中，连续拷贝构造+拷贝构造（构造，返回参数，构造临时对象，拷贝构造）->优化一个拷贝构造
A aa2 = f2();
cout << endl;
// 一个表达式中，连续拷贝构造+赋值重载（构造，返回参数，构造临时对象，赋值重载）->无法优化
aa1 = f2();
cout << endl;
return 0;
}
//这里也可以看成，拷贝构造是在利用原来的类类型创建新对象时，赋值是原本已有对象时。
再次理解类和对象
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。