【C++】类和对象（下）

1、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。

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

【注意】

• 1. 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】
• 2. 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】
};

• 3. 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。
  
• 4. 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。
  

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2、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
  （1）单参构造函数，没有使用 explicit 修饰，具有类型转换作用
  （2）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

class A
{
public:
	//explicit A(int i)
	A(int i)
		:_a(i)
	{
		cout << "A(int i)" << endl;
	}
	A(const A& aa)
		:_a(aa._a)
	{
		cout << "A(const A& aa)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}

private:
	int _a;
};

class SeqList
{
public:
	void PushBack(const A& x)
	{
		_a[_size++] = x;
	}

	size_t size() const
	{
		return _size;
	}

	//读
	const A& operator[](size_t i) const
	{
		assert(i < _size);
		return _a[i];
	}

	//读/写
	A& operator[](size_t i)
	{
		assert(i < _size);
		return _a[i];
	}

private:
	A* _a = (A*)malloc(sizeof(A) * 10);
	size_t _size;
	size_t _capacity;
};

int main()
{
	A aa1(1);

	//单参数构造函数的隐式类型转换
	//用2调用A构造函数生成一个临时对象，再用这个对象去拷贝构造aa2
	//编译器会再优化，优化用2直接构造 
	A aa2 = 2;

	const A& aa3 = 3; //【隐式类型转换会生成一个临时变量，具有常性】



	SeqList s;

	A aa3(3);
	s.PushBack(aa3);

	A aa4(2);
	s.PushBack(aa4);

	s.PushBack(3); //隐式类型转化
	s.PushBack(4); //隐式类型转化


 
	//有名对象【特点：生命周期在当前局部域】
	A aa5(6);

	//匿名对象【特点：生命周期只在这一行】
	A(7);

	A aa6(7);
	SeqList().PushBack(aa6); //用匿名对象去调用

	return 0;
}

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3、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
• 面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

（2）特性

1. 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，不算类的大小
2. 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，声明不能给缺省值，因为缺省值是给初始化列表用的，是属于某个创建的对象的，不是所有对象的。
3. 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
4. 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
5. 静态成员也是类的成员，受 public、protected、private 访问限定符的限制
6. 一般有静态成员变量，就提供静态成员函数

【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()
	{
		n++;
		m++;
	}

	A(const A& t)
	{
		n++;
		m++;
	}

	~A()
	{
		m--;
	}

	//静态成员函数：没有this指针
	//static int& GetM()
	static int GetM()
	{
		return m;
	}
	
	static void Print()
	{
		cout << n << " " << m << endl;
	}

private:
	//声明
	//累积创建了多少个对象  
	//static int n = 0; //不能给缺省值，因为缺省值是给初始化列表用的，是属于某个创建的对象的
	static int n; //静态成员变量属于所有对象，属于整个类，存在静态区，不算类的大小

	//正在使用的还有多少个对象
	static int m;
};

//定义【必须声明定义分离】
int A::n = 0;
int A::m = 0;

A Func(A aa)
{
	return aa;
}

int main()
{
	A();
	A();
	
	A::Print();
	//++A::GetM();

	A aa1;
	Func(aa1);
	aa1.Print();

	return 0;
}

【问题】

1. 静态成员函数可以访问非静态成员变量吗？【❌】【没有 this 指针】
2. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？【❌】
3. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？【✅】

• OJ题：求1+2+3+…+n

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4、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。

（1）友元函数

• 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。
• ❗注：
  （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
  （2）友元函数不能用 const 修饰
  （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

class Date
{
	//友元声明
	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;
};

//重载流插入
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
	_cout << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
	return _cout;
}

//重载流提取，不能加const修饰d，因为要输入值
istream& operator>>(istream& _cin, Date& d)
{
	_cin >> d._year >> d._month >> d._day;
	return _cin;
}

int main()
{
	Date d;
	cin >> d;
	cout << d;
	return 0;
}

（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。

• 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】
• 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

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 Time 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;
};

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5、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：
  （1）内部类可以定义在外部类的 public、protected、private 都是可以的。
  （2）注意内部类可以直接访问外部类中的 static、private 成员，不需要外部类的对象/类名。
  （3）sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。

//（1）B类受A类域和访问限定符的限制，其实他们是两个独立的类
//（2）内部类默认就是外部类的友元类
class A
{
public:
	class B // B天生就是A的友元
	{
	private:
		int _b;
	};

private:
	int _a;
};

int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl; //4

	A aa1;

	//B bb1; //error
	A::B bb1;

	return 0;
}

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6、拷贝对象时的一些编译器优化

• 隐式类型，连续构造+拷贝构造 -> 优化为直接构造
• 一个表达式中，连续构造+拷贝构造 -> 优化为一个构造
• 一个表达式中，连续拷贝构造+拷贝构造 -> 优化一个拷贝构造
• 一个表达式中，连续拷贝构造+赋值重载 -> 无法优化