【C++学习】类和对象（下）
目录
一、再谈构造函数
1.1 构造函数体赋值
1.2 初始化列表
1.3 初始化列表的注意事项
1.4 explicit关键字
二、static成员（静态成员变量 & 静态成员函数）
2.1 概念：
2.2 特征
三、友元
3.1 友元函数
3.2 友元类
四、内部类
五、匿名对象
六、拷贝对象时的部分编译器优化情况
一、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 = 2022, int month = 11, int day = 27)
{
_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
- 实际上，初始化列表的知识属于构造函数知识的一部分。顾名思义，初始化列表就是为了解决对象初始化问题而存在的。
- 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。
我们可以将上面的代码改成如下形式进行初始化。
class Date
{
public:
Date(int year = 2022, int month = 11, int day = 27)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};1.3 初始化列表的注意事项
- 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，多次初始化会报错）
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2022, int month = 4, int day = 19)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _month(month) //初始化列表多次初始化，err
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};编译器也允许构造函数赋初值和初始化列表初始化混用，混用时初始化列表初始化和构造函数赋初值不冲突
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2022, int month = 11, int day = 27)
: _year(year) //两者不冲突
, _month(month)
{
_day = day;
_year = 2023;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};- 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(且该类没有默认构造函数时)
const成员变量、引用成员变量、没有默认构造函数的自定义类型成员变量必须在初始化列表内初始化的原因：
①初始化列表是对象的成员变量定义的地方。
②对象的内置类型成员变量在初始化列表定义时没有要求必须初始化，因此既可以在初始化列表进行初始化，也可以在构造函数体内初始化。
③而const成员变量、引用成员变量、没有默认构造函数的自定义类型成员变量，不能先定义再初始化，它们在初始化列表内定义，并且必须在定义时就初始化，因此必须在初始化列表内初始化。
引用成员变量要在初始化列表初始化
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2022, int month = 11, int day = 27)
: _year(year)
, _month(month)
,_ref(year)//引用成员变量要在初始化列表初始化
{
_day = day;
//_ref = year; //引用成员变量不能在函数体内初始化
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
int& _ref;
};const成员变量必须使用初始化列表进行初始化
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2022, int month = 11, int day = 27)
: _year(year)
, _month(month)
, _n(2) //const成员变量必须使用初始化列表进行初始化
{
_day = day;
//_n = 2; //const成员变量不能在函数体内初始化
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
const int _n = 1;
};没有默认构造函数的自定义类型成员变量，必须在初始化列表进行初始化
#include
using namespace std;
class A
{
public:
//默认构造函数是不用传参就可以调用的构造函数，有3种：
//1.无参默认构造函数
//2.带参全缺省的默认构造函数（每个变量都有赋值）
//3.我们不写，编译器自动生成的默认构造函数
A(int x)//不属于以上任何一种，所以A类的对象没有默认构造函数
{
cout << "A(int x)" << endl;
_x = x;
}
private:
int _x;
};
class Date
{
public:
//构造函数
Date(int year = 2022, int month = 11, int day = 27)
: _year(year)
, _month(month)
, _a(20)//没有默认构造函数的自定义类型成员变量必须在初始化列表进行初始化
{
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
A _a;
}; - 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()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int day)
{}
private:
int _day;
Time _t;
};
int main()
{
Date d(1);
}-
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
也就是说，类中（private：）声明变量的顺序是什么，初始化的顺序就是什么
1.4 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。
我们先看一下类型转换，可以做到什么：
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。
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)
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;
};二、static成员（静态成员变量 & 静态成员函数）
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。
面试题：实现一个类，计算程序中创造出了多少个类对象。
class A
{
public:
A() { ++_scount; }
A(const A& t) { ++_scount; }
~A() { --_scount; }
static int GetACount() { return _scount; }
private:
static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
void TestA()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
A a3(a1);
cout << A::GetCount() << endl;
}2.2 特征
- 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
第1点很好理解，就是同一个类的不同对象都可以使用同一个静态成员，（类未被清理之前）静态成员使用完之后不会销毁；第2、3、4点我们直接通过代码来理解；第5点很简单，这里就不再赘述了；
class A
{
public:
A(int a = 0)//构造
:_a(a)
{
++N;
}
A(const A& aa)//拷贝构造
:_a(aa._a)
{
++N;
}
// 静态成员函数没有this指针，只能访问静态成员（特征第4点）
static int GetN()
{
return N;
}
private:
int _a;
static int N; // 声明
};
// 生命周期是全局的，作用域受类域限制，也就是说N的访问受类的限制
int A::N = 0; // 类外，定义初始化（特征第2点）
void F1(A aa)
{}
A F2()
{
A aa;
return aa;//返回不是直接返回，需要调用一次拷贝构造，再把构造值返回
}
int main()
{
//静态变量的返回方法
/* A aa1(1);
A aa2 = 2;
A aa3 = aa1;
cout << aa1.GetN() << endl;//访问静态成员函数（特征第3点）
F1(aa1);
cout << aa1.GetN() << endl;
*/
//类的静态变量不能在main()直接修改
// --N;
F2();
//静态函数的返回方法
//这里有一个访问静态成员函数的优化技巧
//优化前
//A aa4;
//cout << aa4.GetN() << endl;
//优化后
cout << A::GetN() << endl;
return 0;
}【问题】
1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？ 答：不可以
2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？ 答：可以
三、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。
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。
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
// d1 << cout; -> 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
ostream& operator<<(ostream& _cout)
{
_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};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。
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（可访问private）
- 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。
1、友元 关系是单向的，不具有交换性。
比如下述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，则不能说明C时A的友元。3、友元关系不能继承。
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;
};四、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
{
public:
class B // B天生就是A的友元
{
public:
void function(const A& a)
{
cout << k << endl;//OK
cout << a.h << endl;//OK
}
};
private:
static int k;
int h;
};
int A::k = 1;
int main()
{
A::B b;//使用上要注意
b.function(A());
return 0;
}五、匿名对象
下面我们一起来看一段长代码来理解匿名对象的含义和作用，我们可以直接从 main() 看起。
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
~A()//析构函数
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
class Solution {
public:
int Sum_Solution(int n) {
//...
return n;
}
};
int main()
{
A aa1;
// 不能像下面这样定义对象，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，下一行他就会自动调用析构函数
A();
A aa2(2);//在（）中加上数值，就可以让编译器识别出它是对象定义
// 匿名对象在这样场景下就很好用 - 两行代码优化成一行直接构造
//Solution aa3;
//aa3.Sum_Solution(10);
Solution().Sum_Solution(10);
return 0;
}六、拷贝对象时的部分编译器优化情况
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)//构造函数
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
A(const A& aa)//拷贝构造
:_a(aa._a)
{
cout << "A(const A& aa)" << endl;
}
A& operator=(const A& aa)//运算符重载
{
cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;
if (this != &aa)
{
_a = aa._a;
}
return *this;
}
~A()//析构函数
{
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->优化为直接构造
f1(1);
// 一个表达式中，连续构造+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->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->无法优化
aa1 = f2();
cout << endl;
return 0;
}类是对某一实体(对象)来进行描述的，描述该对象具有哪些属性哪些方法，描述完成后九形成了一种新的自定义类型，采用该自定义类型就可以实例化具体的对象