C++学习笔记（11）——类，友元类、内部类、匿名对象、优化
系列文章目录
C++学习笔记
- C++学习笔记（1）——C++的诞生
- C++学习笔记（3）——缺省函数与函数重载
- C++学习笔记（4）——引用
- C++学习笔记(5)——inline内联
- C++学习笔记（6）——auto关键字
- C++学习笔记（7）——类与对象（上）
- C++学习笔记（8）——类与对象（中）
- C++学习笔记（9）——类与对象（中上）类的6个默认成员函数
- C++学习笔记（10）——类与对象（中下）类的6个默认成员函数
目录
- 系列文章目录
- 关于传参、缺省、公有私有和定义四个功能的划分与集中实现的理解
- 一、构造函数概念强调——构造函数体赋值
- 二、初始化列表——真正的初始化在初始化列表内严格地完成
- 三 、explicit关键字——控制编译器自动调用构造函数实现类型转换
- 四、友元——自定义传参顺序（专门用来开特例）
-
- 友元函数
- 友元函数的权限
- 友元类
- 五、内部类——类似于父子关系
-
- 概念
- 特性
- 六、匿名对象——一次性对象
- 七、拷贝对象时的一些编译器优化
关于传参、缺省、公有私有和定义四个功能的划分与集中实现的理解
想要实现一个功能而构建一个函数，我们需要这个函数实现“传参、缺省、公有私有和定义”四个功能。
传参（实参——>形参——>定义）——我们的**主要意图要求类“必须有的值”**被严格给到我们构建的类；
缺省（实参没给，而定义要用的值）——我们没有明确要求的值就按照默认设置给出即可；
共有私有——我们列出的所有值是否可以公开；
定义（初始化列表负责所有信息进入函数体前的临门一脚）——在值给函数体使用前的最后一步信息汇总
信息变动示意图如下：
在C++内，四个功能集中在构造的各个部分实现，在设计上各个功能集中实现的位置如下图：
而在实际编码过程中，缺省可以在声明公有私有的区域实现：
一、构造函数概念强调——构造函数体赋值
在创建对象时，编译器通过调用构造函数来给对象中各个成员变量一个合适的初始值。虽然构造函数调用会给对象赋予一个初始值，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。因为严格来讲，初始化只能初始化一次，而构造函数体内可以多次赋值。
如下代码为构造函数给成员变量赋值:
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
二、初始化列表——真正的初始化在初始化列表内严格地完成
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。
如下代码为构造函数给成员变量赋值:
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day) //初始化列表在构造函数名与构造函数体中间
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ps.
- 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)——因为实例化时，根据列表初始化会给每个变量分配内存地址，如果多次初始化会出现地址重复分配的情况；
- 类中以下成员，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: //以下三种必须初始化
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，编译器一定会先使用初始化列表初始化。出于对资源的高效利用的目的，最好在初始化列表处完成初始化。
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。
如下代码，根据声明顺序先定义a2，再定义a1：
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();
}
三 、explicit关键字——控制编译器自动调用构造函数实现类型转换
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。
代码如下 ：
- 单参数——explicit Date(）中Date被限制了类型转换；
- 多参数——可以选择性地只传一个参，使其具有类型转换地作用
：
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)
:_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;
};
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
}
用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。
四、友元——自定义传参顺序（专门用来开特例）
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
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。（即，成员函数自动把左操作数当成this指针的来源放在传参的第一位，而<<操作符却要求this指针的来源是第二位）
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。（都是操作符的使用习惯和设定的使用规则有冲突，于是使用友元函数开特例解决这个问题）2
如下代码，如果不用友元函数，按照类的成员函数默认this指针传递顺序就会出现反向cout<<的情况；
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;
};
友元函数的权限
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。（即，友元函数和类的成员之间有绿色通道，友元函数可以对添加了friend关键字的类予取予求）
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;
}
ps.
- 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。2. 比如上述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是A的友元。
- 友元关系不能继承。
如下代码所示，Date类可以直接使用Time类的成员变量而不用限定符指示：
#include
五、内部类——类似于父子关系
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。
#include
六、匿名对象——一次性对象
我们经常遇见需要使用类的成员函数且不需要对象的情况，又或是需要一个一次性对象，这时候匿名对象会简化我们实现此事的过程；
逻辑上编译器会生成一个临时对象去接收实参，最后凭借这些临时对象去调用临时变量的成员函数。而在编译器实际运行过程中出现了一些优化：编译器会直接带着实参的值去调用成员函数；
如下代码：
匿名对象A()生命周期一行就没了，构建析构一气呵成，中间没有任何干扰因素；
Solution().Sum_Solution(10)则是类名加个点，然后直接调用函数，省去了建立对象时构建析构的过程。
#include
七、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。
如下代码，出现了成员函数被调用时直接构造处临时对象给它用，没有走拷贝构造函数的流程。
#include函数调用细节分析如下(分析图和原图依次列出)：
原图如下：
