【c++】——类和对象(下) 万字解答疑惑
作者:chlorine
专栏:c++专栏
目录
再谈构造函数
构造函数体赋值
初始化列表
explicit关键字
static成员
概念
面试题：计算创建多少个类对象
特性
【问题】(非)静态调用(非)静态
【题目】累加
友元
友元函数
友元类
内部类
特性：
特性一内部类定义在public中：
特性一内部类定义在private中
特性三类大小
匿名对象
特性一生命周期
特性二匿名对象具有常性
拷贝对象时一些编译器优化
再谈构造函数
我们之前学了构造函数，对成员函数体内成员变量赋初值——构造函数体赋值。
这一章我们要学习 对成员变量初始化——初始化列表
构造函数体赋值
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。 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。
初始化列表
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
,_month(month)
,_day(day)
{
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};为什么要有初始化列表呢？——是因为有些成员必须在初始化列表初始化。所以衍生出了初始化列表。
【注意】1. 每个成员变量在初始化列表中最多只能出现一次(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：(必须在定义的时候初始化）
- 引用成员变量
- const成员变量
成员变量实际上是在声明，在main函数中创建对象B bb(10,1)其实就是定义的过程，但是这个定义对所有的成员变量都定义了，没有给单个成员变量定义
那在哪对成员进行定义呢？？
那么我们就衍生了初始化列表：对象的成员定义的位置。（记住：有且仅一次初始化）
class B { public: //初始化列表：对象成员定义的地方 B(int a, int ref) :_n(1) ,_ref(ref) { } private: //声明 const int _n; // const int& _ref; // 引用 }; int main() { //对象整体定义 B bb(10, 1); return 0; }
- 自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)
我们之前就学过了，自定义类型成员会自动调用默认构造函数，内置类型不会进行处理，会给个随机值
我们也可以给内置成员变量打个补丁，int x=1;这里的1是缺省值，缺省值是给初始化列表的
如果我们给x初始化，那么编译器就不会用缺省值，缺省值在大部分学c++的人叫成备胎，初始化了那么就不需要缺省值，没有初始化就需要缺省值。
如果自定义类型的成员没有默认构造函数，那么自定义类型的成员就会报错，没有合适的构造函数可用，这就需要给自定义类型的成员初始化了。
在没有默认构造函数给初始值，我们就需要在初始化列表进行定义
如果有默认构造，我们能不能再初始化列表中定义呢？——当然可以
只不过初始化列表优先处理。其实本质上默认构造里的参数也是缺省参数，如果我们给了缺省参数 ，但是初始化列表初始化了，就不需要缺省值来初始化了。所以默认构造函数(隐式）或者初始化列表(显式)都是一种初始化，但是在后来的初始化都是利用初始化列表进行初始化。
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。自定义类型是一定要调用构造函数的，有默认构造函数没有初始化列表，就会调用默认构造函数，没有默认构造函数，就必须要使用初始化列表初始化。
所以这里的自定义类型成员变量前提是没有默认构造函数，则一定要用初始化列表初始化。
注意：初始化列表是构造函数的一部分，初始化列表严格说替代了构造函数体内赋值，以后我们就可以开始用初始化列表来初始化了。但是我们要知道，初始化列表并不能完成初始化所有的内容，比如我们要开辟一个空间，malloc，可以这样写 :a((int*)malloc(capacity*sizeof(int)） 但是我们是不是得检查一下是否开辟空间成功？Stack(int capacity=10) :_a((int*)malloc(capacity*sizeof(int))) ,_top(0) ,_capacity(capacity) { if(_a==nullpter) { perror("malloc fail\n"); return -1; } }所以我们需要在函数内进行检查，初始化列表能帮我们完成95%的内容，但是还剩5%是初始化列表无法完成，上面的例子就是。还有给数组初始化一下，我们就需要memset，calloc也需要检查.....等等还有更多复杂的过程，就无法让初始化列表来完成的。函数体分工就是初始化列表不方便做的。
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(); } A. 输出1 1 B.程序崩溃 C.编译不通过 D.输出1 随机值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为什么选D呢？按照上面的特点，声明的次序就是初始化列表中的初始化顺序，成员变量就是声明的过程，所以先声明_a2，那么就先初始化_a2为_a1,那么_a1就是1，_a2就是随机值了。
就比如在上面对_a开辟空间之后，里面的_capacity就是一个随机值，随后的声明的是_capacity就会变得很大，导致了程序的崩溃，所以我们必须以后声明顺序和初始化顺序相同。
explicit关键字
class A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
A(const A& aa)
:_a(aa._a)
{
cout << "A(const A& aa)" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A aa1(1);//拷贝构造
A aa2 = 2;
return 0;
}我们看看上面一段代码，A aa2=2,运行成功，并且还调了构造函数。
看下面一段代码，隐式类型转换，我们根据前面所学的知识，我们知道有隐式类型转换的过程中会自动生成一个临时变量，b是int类型，b的值给与d类型相同的临时变量，然后进行赋值。所以这里的编译成功。
int b=10;
double d=b;那么这里的int型隐式类型转换成自定义类型，是不是也是会在其中默认生成一个临时变量。——是的。其过程就是2创造一个A的临时对象，临时对象再拷贝构造aa2，再近代我们的编译对其进行优化，2直接构造了。所以我们的运行成功，调用了拷贝构造函数。
所以下面的表达式经历了——创建临时变量——拷贝构造——优化 ——三大过程。
A aa2=2;
那我们接下来看看下面的代码
这里A&aa3=2，就无法进行构造了。因为2在赋值的时候不是直接赋值，而是我们在中间创建的临时变量是具有常性的，是const类型，是不可以改变的，而中间创建的临时变量的对象是A类，而且是const的A类，然后我们要进行拷贝构造的时候，也需要拷贝给相同类型的对象，所以也要在之前加个const。
—— explicit关键字
static成员
概念
面试题：计算创建多少个类对象
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::GetACount() << endl;
}
这里就很好理解，a1,a2俩个对象，然后拷贝构造又创建一个对象，总共三个对象。
int _scount = 0;
class A
{
public:
A() { ++_scount; }
A(const A& t) { ++_scount; }
~A() { --_scount; }
private:
//static int _scount;
};
A aa0;
A Func(A aa)
{
cout << __LINE__ << ":" << _scount << endl;
return aa;
}
int main()
{
cout << __LINE__ << ":" << _scount << endl;
A aa1;
static A aa2;
Func(aa1);
cout << __LINE__ << ":" << _scount << endl;
return 0;
}那上面的这段代码怎么统计呢？
那我们再来感受一下？
int _scount = 0;
class A
{
public:
A() { ++_scount; }
A(const A& t) { ++_scount; }
~A() { --_scount; }
private:
//static int _scount;
};
A aa0;
void Func()
{
static A aa2;
cout << __LINE__ << ":" << _scount << endl;
}
int main()
{
cout << __LINE__ << ":" << _scount << endl;
A aa1;
Func();
Func();
return 0;
}
但是我们有没有发现_scount的值是可以随意修改的，这是全局变量的劣势：任何地方都是可以修改的。
那么如何让_scount封装一下呢？——就是再类中封装
我们首先要区分一下成员变量和静态成员变量的区别。
- 成员变量：属于每一个类的对象，存储在对象里面
int _a1 = 1;
int _a2 = 2;
- 静态成员变量——属于类，属于类的每一个对象共享。----存储在静态区
static int _scount;
///int _scount = 0;
class A
{
public:
A() { ++_scount; }
A(const A& t) { ++_scount; }
~A() { --_scount; }
//没有this指针，指定类域和访问限定符就可以访问
static int GetACount() { return _scount; }
private:
//成员变量：属于每一个类的对象，存储在对象里面
int _a1 = 1;
int _a2 = 2;
//静态成员变量——属于类，属于类的每一个对象共享。----存储在静态区
static int _scount;
};
//全局位置，类外面定义
int A::_scount = 0;
A aa0;
void Func()
{
static A aa2;
cout << __LINE__ << ":" <相比全局变量，静态成员就是用类来封装，让数据更规范一些。
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. 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制
- 6.静态成员变量是不能设置缺省值的，为什么成员变量可以设置缺省值，因为成员变量有初始化列表来接收，要么初始化列表来初始化，要么缺省值给初始化然后给初始化列表，而静态成员变量没有初始化列表，所以不能给缺省值。
【问题】(非)静态调用(非)静态
- 1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
-
2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
因为在类中，类里面不受类域和访问限定符的限制，类里面就是一个大家庭，所以调用静态是完全可以的。
【2】非静态成员函数在类外调用类的静态成员函数：
学了上面的知识我们可以看看这个题目：很好的复习了静态成员变量和静态成员函数的知识。
【题目】累加
思路：我们累加到n，那么我们就创建一个类Sum,然后我们创建n个Sum类对象，都知道，出了作用域数据就会被销毁，全局变量可以随意修改，那么我们就可以用静态成员变量来记录值。 记住：成员变量在类里声明，在类外定义。但是由于静态成员变量是私有的，我们就需要一个静态成员函数来获取该值。所以这就照应了为什么静态成员变量和静态成员函数是成套出现的，因为静态成员变量需要静态成员函数来获取。
为什么需要静态成员函数？静态成员函数属于类，而不是对象。
由于私有静态成员无法类外访问。
有了静态成员函数之后。
在访问私有静态成员时，可以在创建对象前，通过类的静态成员函数访问静态成员类里面不受类域和访问限定符的限制，类里面就是一个大家庭，所以调用静态是完全可以的或者访问私有函数也是可以的，所以我们就需要静态成员函数来调用了。
class Sum
{
public:
Sum()
{
_ret+=_i;
_i++;
}
//因为 _ret是私有的，那么我们就要用静态成员函数获取_ret的值
static int Getret()
{
return _ret;
}
private:
static int _i;
static int _ret;
};
//静态变量在类里声明，类外定义
int Sum::_i=1;
int Sum::_ret=0;
class Solution {
public:
int Sum_Solution(int n) {
Sum a[n];
return Sum::Getret();
}
};友元
友元函数
我们为什么有友元函数呢？
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。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。
我们来分析一下这段代码，ostream是cout的类，我们给ostream创建一个对象_cout，我们需要_cout< 所以我们该如何改进呢？——如果我们要将operator重载成全局函数，这是非静态成员函数，那么无法访问到类中的私有成员，所以这时候我们就引入了友元的知识了。class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
public:
Date(int year, int month, int day)
: _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 << endl;
return _cout;
}
int main()
{
Date d1(2003, 10, 5);
cout << d1 << 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
- 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
- 友元关系是单向的，不具有交换性。 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。
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;
};
Time类没有访问Date类私有成员的权限，因为Time类声明了Date类朋友可以访问我的，但是Date类没有声明Time类可以访问。
-
友元关系不能传递。 比如如果B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。 - 友元关系不能继承，在继承位置再给大家详细介绍。
内部类
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;
}
特性：
- 1. 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。 但是如果定义在public中可以用A::访问限定符给B类创建对象，然后访问其中的私有成员，但如果内部类定义在private中是完全不可以访问任何成员变量和成员函数的，是死死封装住的。
特性一内部类定义在public中：
内部类是定义在public中的
class A
{
private:
static int k;
int h;
public:
class B // B天生就是A的友元
{
public:
B()
:m(1)
,n(1)
{
}
void foo()
{
cout << m << "-" << n << endl;
}
private:
int m;
int n;
};
};
int A::k = 1;
int main()
{
A::B b;
b.foo();
return 0;
}
特性一内部类定义在private中
是完全不能访问的，是任何对象都不可以访问的
-
2. 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。 - 3. sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。
特性三类大小
class A
{
private:
static int k;
int h;
public:
class B // B天生就是A的友元
{
public:
void foo()
{
}
};
};
int A::k = 1;
int main()
{
cout << sizeof(A) << endl;
return 0;
}
c++很少用内部类，但是java经常用。
匿名对象
特性一生命周期
using namespace std;
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) {
cout << "Sum_Solution" << endl;
//...
return n;
}
};
int main()
{
A aa(1);//有名对象
A(2);//匿名对象
Solution s1;
s1.Sum_Solution(2);//有名调用函数
Solution().Sum_Solution(3);//匿名调用函数
return 0;
}
我们可以调试看看
特性二匿名对象具有常性
A &ra=A(1);大家看看ra能不能引用匿名对象？
这样就成功了
const A&ra=A(1);
拷贝对象时一些编译器优化
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。
比如：
- 一个表达式中，连续构造+拷贝构造，可以优化为一个构造
- 隐式类型中：连续构造+拷贝构造，优化为直接构造
- 连续拷贝构造+拷贝构造，优化为一个拷贝构造
- 一个表达式中，连续拷贝构造+赋值重载，无法优化
你的大部分时间投入到哪里，你大概率就会成为怎样的人!