【C++】类和对象（下）
目录
1 复谈构造函数
1.1 构造函数体赋值
1.2 初始化列表
1.3 explicit关键字
2 static成员
2.1 概念
2.2 特性
3 友元
3.1 友元函数
3.2 友元类
4 内部类
5 匿名对象
6 拷贝对象时的一些编译器优化
1 复谈构造函数
1.1 构造函数体赋值
我们已经知道，在创建一个新的对象时，编译器通过调用构造函数给对象中的成员变量以合适的初始值。
假设有一个类，这个类的成员变量是自定义类型。当我们没有对这个类显式写构造函数时，编译器会默认生成构造函数，这个构造函数的作用是调用自定义类型的默认构造函数。
前面已经讲过，默认构造函数对于内置类型不做处理，对于自定义类型会去调用自定义类型的默认构造函数。此时，如果我们在上述情境下，自定义类型中也没有默认构造函数，编译就会报错，因为编译器无法对作为成员变量但没有默认构造函数的自定义类型进行初始化。
此时我们想要让程序跑过就需要自己显式的写构造函数，在构造函数体内执行“初始化”操作。
如：
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};但如上代码也有一个问题，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。
所以以上的操作并不是真正的初始化，那么就需要一种新的方式实现成员变量的初始化。
1.2 初始化列表
初始化列表就是用来解决上述问题的。首先我们需要明确一点，初始化列表是每个成员定义的地方。
怎么理解这一点呢？我们知道，声明变量时并没有为它分配内存空间，定义变量时才分配内存空间。当没有对象实例化时，类当中的成员变量只是一个声明，只有对象实例化以后才会真正创建变量并对其进行定义。而对于对象成员变量的定义其实就是初始化列表。
所以，即使我们不显式地写初始化列表，每个成员都要走一遍初始化列表的流程，因为初始化列表就是成员变量定义的地方。
初始化列表的格式是这样的：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。
如：
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};使用初始化列表需要注意如下几点：
-
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)；
-
当类中包含以下成员时，必须放在初始化列表位置进行初始化：
-
引用成员变量； （引用成员变量必须定义时初始化）
-
const成员变量； （const变量必须定义时初始化）
-
自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)
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.成员变量在类中的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
如：
class A { public: A(int a) :_a1(a) ,_a2(_a1) {} void Print() { cout<<_a1<<" "<<_a2<此程序将输出1 随机值，因为按照声明次序，编译器会先初始化_a2,再初始化_a1。
1.3 explicit关键字
在C++中，构造函数不仅可以构造与初始化对象，还具有隐式类型转换的作用。
C++支持单参数构造函数的隐式类型转换，或者除第一个参数无默认值外其余均有默认值的构造函数的隐式类型转换。我们来看以下代码：
class A
{
public:
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;
};
int main()
{
A aa1(1);
// 单参数构造函数的隐式类型转换
A aa2 = 2; // 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
// 新一点的编译器会再优化，优化为用2直接构造aa2
const A& ref1 = 2; //临时对象具有常属性，去掉const编不过，验证了上述的结论
return 0;
}在C++11中又更新了新的语法，支持多参数的隐式类型转换。
class B
{
public:
B(int b1, int b2)
//explicit B(int b1, int b2)
:_b1(b1)
,_b2(b2)
{
cout << "B(int b1, int b2)" << endl;
}
private:
int _b1;
int _b2;
};
int main()
{
// C++11 支持多参数的隐式类型转换
B bb1(1, 1); //直接构造
B bb2 = { 2, 2 }; //先用2,2构造一个临时对象，再用临时对象拷贝构造给bb2
//优化以后变为用2,2直接构造bb2
return 0;
}隐式类型转换如果使用不好会影响代码可读性，因此，在特定情况下我们可以用explicit关键字来进制构造函数的隐式转换。方法是在函数名前加上explicit修饰。
class A
{
public:
explicit 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;
};2 static成员
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。
面试题：
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::GetACount() << endl; }程序先输出0，再输出3。因为创建了三次对象。
2.2 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
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
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. 静态成员函数的优点在于:即使不存在类的对象，它们也存在，并且可以调用。
6. 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制
1. 静态成员函数不可以调用非静态成员函数，也不可以访问非静态成员变量，因为静态成员函数没有this指针。2. 非静态成员函数 可以访问静态数据成员，也可以调用静态成员函数。3. 静态成员函数不能声明为 const 因为静态成员函数与类的对象无关，它没有this指针，所以不能用const关键字。
3 友元
友元提供了一种突破封装的方式，有时提供了便利。
友元分为：友元函数和友元类。
友元会增加耦合度，破坏封装，所以友元不宜多用，能不用就不用。
3.1 友元函数
以日期类为例，假如我们需要重载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。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;
}注意：
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（因为没有this指针）；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；
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。
- 友元关系是单向的，不具有交换性。
- 比如下文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;
};4 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。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
{
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
cout << a.h << endl;//OK
}
};
};
int A::k = 1;
int main()
{
A::B b;
b.foo(A());
return 0;
}5 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;
// 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
//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，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
Solution().Sum_Solution(10);
// const引用会延长匿名对象声明周期
// ref出了作用域，匿名对象就销毁了
const A& ref = A();
return 0;
}6 拷贝对象时的一些编译器优化
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)
:_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;
}