【C++修炼之路】类和对象（下）—— 完结篇
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文章目录
- 一、再谈构造函数
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- 1、初始化列表
- 2、explicit 关键字
- 二、static 成员
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- 1、概念
- 2、特性
- 三、友元
-
- 1、友元函数
- 2、友元类
- 四、内部类
- 五、匿名对象
- 六、构造(拷贝构造)对象时的一些编译器优化
- 七、再谈类和对象
如果无聊的话，就来逛逛 我的博客栈 吧!
一、再谈构造函数
1、初始化列表
初始化列表：对于 构造函数（构造与拷贝构造） 来说，以一个冒号开始，接着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，每个成员变量只能初始化一次，对于变量来说可以初始化也可以不初始化
Date d1(2023, 2, 5); // 对象整体定义的地方
初始化列表：对象的成员定义的地方
例如：
当然 _year 的括号内也可以为 -year ，甚至是常量，都可以。初始化时，就会根据初始化列表的表达式内容进行初始化。
类中包含以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化 ：
- 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(对象必须初始化，如果没有默认构造的成员变量无法构造就要报错)
因为对于 const 修饰的变量来说，必须在定义时初始化 ，否则后面不可改，引用也是一个道理；而对于没有默认构造函数的自定义类型，由于无法自动调用它的默认构造函数，所以也需要在定义时初始化。
对于：
class A
{
private:
int _year;
int _month;
int _day;
const int _N;
int& _ref;
A _aa;
};
int main()
{
A aa; // 对整个对象进行定义
}
对于类中的成员，它们只是成员变量的声明 ，不能在这里初始化；而定义则是在主函数中对对象整体进行定义并不是成员定义的地方 ，当在构造函数中，对 _N 进行初始化时报错了，因为此刻 _N 已经被定义，此刻是在函数体中，无法再对其进行初始化 ：
而使用初始化列表就可以，因为初始化列表是成员变量定义的地方 ，无论是对于引用，const 成员变量，又或者是无构造函数的自定义类型成员（自动调用非默认构造函数），都可以完成初始化：
class A
{
public:
A(int a){ _a = a; } // 非默认构造函数
private:
int _a;
};
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day, int i)
:_N(10)
,_ref(i)
,_aa(-1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
const int _N;
int& _ref;
A _aa;
};
int main()
{
Date d1(2023, 2, 6, 10);
return 0;
}
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。
类 A：
class A
{
public:
A(int a = 1)
{
cout << "进行构造" << endl;
_a = a;
}
A(const A& a)
{
cout << "进行拷贝构造" << endl;
_a = a._a;
}
A& operator=(const A& a)
{
cout << "赋值重载" << endl;
_a = a._a;
return *this;
}
private:
int _a;
};
看如下动图：
虽然我们没有写初始化列表，但是初始化列表是成员变量定义的地方，所以 _aa 会在初始化列表定义的时候默认调用其构造函数。
所以适当时刻使用初始化列表可以效率提升，因为此刻，只发生一次拷贝构造（存在成员初始化不存在成员） ：
所以，建议自定义类型的成员，在初始化列表进行初始化，更加高效 。
C++11 中的补丁，提供了给成员变量缺省值的方式，若没有显示写缺省值的处理，含缺省值的变量都会在初始化列表进行初始化 ；若显示写初识化列表了，就使用初始化列表的。本质上还是使用初始化列表进行初始化，因为初始化列表是成员定义的时候。
总结：
- 哪个对象调用构造函数，初始化列表是它所有成员变量定义的位置
- 不管是否显示在初始化列表写，那么编译器每个变量都会初始化列表定义初始化
反正记住一句话：优先使用初始化列表初始化。
考察 ：
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();
}
选项：
- A. 输出1 1
- B.程序崩溃
- C.编译不通过
- D.输出1 随机值
因为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 。
_a2 先声明，所以初始化列表先初始化，此刻 _a1 为随机值，将随机值给 _a2 ，再初始化 _a1，将 a 的值初始化为 1 。
所以，建议将声明次序和初始化列表次序对应，防止混淆。
2、explicit 关键字
隐式类型转换：
Date d2 = 2022 时发生了隐式类型转换（意义相似类型转换）。由于支持单参数的构造函数，所以这里用 2022 构造一个临时对象 Date tmp(2022)，再用这个对象拷贝构造给 d2 ，但是 C++ 编译器在连续构造的过程中，多个构造会被优化，合二为一，变为一个构造:
d1 一次构造，d2 一次构造，一次拷贝构造合并为一次构造。 如果不想要实现隐式类型转换，就可以加上 explicit 关键字修饰 ：
这时，就不会进行转换了。
对于单参数的构造函数，可以支持应试类型转换。对于多参数的构造函数，需要这么写：
class A
{
public:
A(int a)
:_a1(a)
{
cout << "A(int)" << endl;
}
// explicit A(int a1, int a2) 如果不想要隐式转换，则加 explicit 修饰
A(int a1, int a2)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
A(const A& aa)
:_a1(aa._a1)
{
cout << "A(const A& aa)" << endl;
}
private:
int _a2;
int _a1;
};
int main()
{
A a3 = { 2, 2 }; // 多参数隐式类型转换
return 0;
}
对于 explicit 修饰的构造函数称为显示构造函数，对于没有用 explicit 修饰的构造函数称为隐式构造函数。
二、static 成员
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
考题1：
如何使用程序计算一个对象被构造了几次？
但是对于全局变量，可以随之改变：
cnt++;
所以并不好，如何让 cnt 和 A 绑定起来，并且始终只有一个？static 成员，它属于整个类，所有对象，生命周期在整个程序运行期间 。static 成员在类的所有对象中都可以使用，它并不在对象中，而是在类中，所有类对象只有一个staic 成员。
访问 ：
若 static 成员为 public ：
静态成员变量可以用对象和类访问。
private：
（statoc 修饰的成员函数没有 this 指针，所以在里面不能访问 _a ）
但是指定类域(.)和使用类作用限定符(::)就可以访问。
static 成员在类外面定义（特例，仅限于静态，因为不能在某个构造函数定义，它属于类，不单独属于对象）。
写一个 GetCnt 函数，来获取 _sCnt 。静态成员函数可以用对象和类访问，即 a1.GetCnt() ，A::Getcnt() 。
考题2：
class Sum
{
public:
Sum()
{
_ret += _i;
++_i;
}
static int GetRet() // 静态成员函数
{
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 a[n]; // 构造 n 次
// return Sum().GetRet() - (n + 1); // 匿名对象多构造一次
// return a[0].GetRet();
return Sum::GetRet();
}
};
使用静态成员变量，_i 初始化为 1, _ret 初始化为 0 ，两者在全局初始化。对 Sum 类的构造函数每次将 ret 累加，并且让 _i 自增，这样构造 n 次，就可以计算出从 1 + … n . 再写一个静态成员函数，返回 _ret ，这些为计算过程。
可以 Sum().GetRet() 使用匿名对象返回，所以需要 Sum().GetRet() - (n + 1)；最好的返回方式还是用类来访问静态成员函数 Sum::GetRet() ，还有很多种返回方式，看注释。
在 C++11 中，提供了成员变量的缺省值：
但是虽然将 _a 给为 0 ，但是说 int _a = 0 是初始化并不对，因为在 A 类中，只是完成了对成员变量的声明。缺省值只是在未明确初始化时，在该成员变量在初始化时，才会默认使用这个缺省值。
如果在初始化列表阶段，没有对成员变量初始化，就会使用缺省值初始化 ：
甚至，在成员变量中，给为 int* p = (int*)malloc(4 * 10) 都是可以的，但是记住这里是缺省值。
但是对于静态成员变量是不可以这样给缺省值的，必须在类外面全局位置定义初始化 ：
使一个对象只能在栈上创建/堆上创建：
#include 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
- 静态变量成员不可以给缺省值，得在全局定义
- 非静态能调用静态，静态不能调用非静态（因为调用非静态要传递 this 指针，但是 static 成员没有 this 指针）
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
友元就像黄牛一样，破坏管理规则，能不用就不用。
1、友元函数
我们有没有思考过一个问题：既然运算符可以重载，那么流插入与流提取操作符 << 和 >> 是否可以重载呢？
能否将对象像内置类型一样输入和打印？就像这样？
可以！C++ 允许重载这两个操作符，就拿 << 来说：
对于流插入操作符来说，有两个参数 cout 和 d1 ，cout 的类型为 ostream：
ostream 本身是一个类对象，并且 << 能自动匹配类型的原因是因为运算符重载过了，而对于自定义类型并没有重载。可以理解为 << 已经进行过了函数重载 + 运算符重载。
我们试着在类中写一下：
void Date::operator<<(ostream& out)
{
out << _year << '-' << _month << '-' << _day << endl;
}
形参 out 为 cout 的别名，通过这种方式，在主函数中调用：
发现是无法调用的，但是如果我们主动调用 :
这是因为在运算符重载中，对于双操作数的操作符重载，第一个参数是操作数，第二个参数是右操作数。
而我们上方的写法让 cout 变为了第二个操作数，就相当于变成了 d1 << cout ，错乱了：
但是这很明显不符合我们的习惯。而 this 指针已经占用了第一个参数，左操作数一定是对象，所以如果写重载的话一定实现不，就不能写作成员函数。
所以就写在类外面，写作全局的不就好了，这样就不受类的特性的约束了 ：
但是这里又迎来一个问题：访问不到类中的成员变量 ，对于这个问题，我们也遇到过，要么是将类成员变量私有权限放开；要么是给一个调取数据的函数，但是这样虽然可以解决调取数据的问题，可是对于 >> 流提取函数的实现又成了一个问题：无法获取到输入数据，而使用这种方案解决了也很麻烦，所以这两种方案都被排除了。
那么有没有什么简便的方法？一个全局函数想用对象访问类中私有或保护的成员，可以使用友元。意思就是让类的“朋友”访问到它的私有对象。
友元函数的声明需要写在类里面：
此刻就可以访问了：
但是这里不能连续输出 ，和之前讲过的连续赋值的原因是相同的，因为 cout << d1 << d2; 由于函数没有返回值，并不能起到连续输出的效果。所以可以稍加改进，让每次输出后，都可以获取 cout ：
这时，就可以连续输出了：
同理，对于 >> 的函数，我们也可以写出来：
istream& operator>>(istream& in, Date& d) // d 要被修改，不能加 const
{
in >> d._year >> d._month >> d._day;
return in;
}
总结 ：
- 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
2、友元类
友元类的所有成员函数都变为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
class Time
{
// 日期类想要经常访问 Time ，让 Date 变为 Time 的友元类
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;
};
比如上述Time类和Date类，在Time类中声明Date类为其友元类，Date 类为 Time 类的友元。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。
但是 Time 类不能访问 Date 类 。举个中二的例子，就好比说，Date 类是主，Time 类是仆，Date 类和 Time 类缔结了神魂契约，对于 Date 类来说，可以随时查看 Time 的情况，但是对于 Time 并不能随时查看 Date 的情况；除非它俩关系对等，签订平等的契约才可以（在 Date 类中，声明 Time 类为其友元类）
class Time
{
// 日期类想要经常访问 Time ，让 Date 变为 Time 的友元类
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)
{}
void Func(Date d);
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
friend class Time;
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;
};
void Time::Func(Date d) // Date 和 Time 两者互为友元，所以 Time 中现在可以访问 Date
{
cout << d._year << endl;
}
int main()
{
return 0;
}
友元类和友元函数一样，不受访问限定符的约束：
如图在 A 类中，将友元类 C 的声明放为私有（其实平时放在 class 中也就是私有，这里只是为了说明），此刻 C 能访问 A ，在主函数创建对象时，A 也通过构造完成初始化，调用 c1 的成员函数也访问到了 A 的成员。
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，在继承位置再详细介绍。
四、内部类
概念：如果一个类定义在另一个类的内部，这个类就叫做内部类。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。
对外部类大小的计算，和内部类中的成员变量没有关系，因为里面并没有包含对象，只是图纸而已：
再看一个例子：
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，内部类可以访问外部类的私有
cout << a.h << endl; // ok
}
private:
int _b;
};
void f(B b)
{
// cout << b._b << endl; // err ，外部类不能访问内部类的私有
}
};
int A::k = 1;
int main()
{
A::B b; // 内部类的定义
return 0;
}
内部类 B 和在全局定义时基本一样的，但是外部类 A 类域限制定义在 A 的类域中，就比如定义内部类对象时，需要指定外部类的类域：A::B b
内部类 B 天生就是外部类 A 的友元，也就是 B 中可以访问 A 的私有，A 不能访问 B 的私有 ：就比如 B 类中可以访问 A 中私有成员变量，但是 A 不能访问 B 的私有，除非将权限开放为公有。
内部类改写 JZ76
class Solution {
private:
class Sum
{
public:
Sum()
{
_ret += _i;
++_i;
}
};
private:
static int _i;
static int _ret;
public:
int Sum_Solution(int n) {
Sum a[n];
return _ret;
}
};
int Solution::_i = 1;
int Solution::_ret = 0;
将 Sum 包为内部类，并将 _i 和 _ret 变为 Solution 的成员变量，Sum 默认为 Solution 的友元，那么 Sum 可以访问这两个成员。而返回时，也不需要借助成员函数，直接返回成员变量即可。
优点：根据内部类的特性，将成员变量放到 Solution 后，根据两者的特性，就可以访问到 _ret ，这时不再需要使用成员函数获取 _ret
五、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()
{
A aa1;
// 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
// 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，当然还有一些其他使用场景，这个我们以后遇到了再说
Solution().Sum_Solution(10);
return 0;
}
六、构造(拷贝构造)对象时的一些编译器优化
在同一句语句中，不存在的对象或者有多个构造或拷贝构造，这些构造过程可能会合二（三）为一。
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->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;
}
七、再谈类和对象
现实生活中的实体计算机并不认识，计算机只认识二进制格式的数据。如果想要让计算机认识现实生活中的实体，用户必须通过某种面向对象的语言，对实体进行描述，然后通过编写程序，创建对象后计算机才可以认识。比如想要让计算机认识洗衣机，就需要：
用户先要对现实中洗衣机实体进行抽象—即在人为思想层面对洗衣机进行认识，洗衣机有什么属性，有那些功能，即对洗衣机进行抽象认知的一个过程
经过1之后，在人的头脑中已经对洗衣机有了一个清醒的认识，只不过此时计算机还不清楚，想要让计算机识别人想象中的洗衣机，就需要人通过某种面相对象的语言(比如：C++、Java、Python等)将洗衣机用类来进行描述，并输入到计算机中
经过2之后，在计算机中就有了一个洗衣机类，但是洗衣机类只是站在计算机的角度对洗衣机对象进行描述的，通过洗衣机类，可以实例化出一个个具体的洗衣机对象，此时计算机才能洗衣机是什么东西。
用户就可以借助计算机中洗衣机对象，来模拟现实中的洗衣机实体了。
在类和对象阶段，大家一定要体会到，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 。
