C++类与对象进阶知识深度解析

目录

一、再谈构造函数

（一）构造函数体赋值

（二）初始化列表

（三）成员变量初始化顺序

（四）explicit关键字

二、static成员

（一）概念

（二）特性

（三）相关问题思考

三、友元

（一）友元函数

（二）友元类

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一、再谈构造函数

（一）构造函数体赋值

在C++中，创建对象时，编译器会调用构造函数为对象的成员变量赋初始值。以 Date 类为例：

 

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

这里看似是初始化，实则是赋值。真正的初始化只能进行一次，而构造函数体内可以多次赋值。比如先创建对象，再多次调用成员函数修改成员变量的值。

（二）初始化列表

初始化列表以冒号开始，后面跟着逗号分隔的成员变量初始化表达式。还是以 Date 类为例：

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

使用初始化列表有诸多好处。首先，对于一些成员变量，如引用成员变量、 const 成员变量以及没有默认构造函数的自定义类型成员变量，必须使用初始化列表进行初始化。例如：

 

cppclass 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};

其次，使用初始化列表效率更高。因为对于自定义类型成员变量，即使在构造函数体中赋值，编译器也会先使用默认构造函数初始化，再进行赋值操作，而初始化列表可以直接调用合适的构造函数初始化。

（三）成员变量初始化顺序

成员变量在类中声明的次序就是其在初始化列表中的初始化顺序，与在初始化列表中书写的先后次序无关。例如：

cppclass A{public:A(int a): _a1(a), _a2(_a1){}void Print() {std::cout << _a1 << " " << _a2 << std::endl;}private:int _a2;int _a1;};int main() {A aa(1);aa.Print();return 0;}

这里先初始化 _a2 ，再初始化 _a1 ，所以输出结果可能不是预期的 1 1 ，而是 1 随机值 。

（四）explicit关键字

对于接收单个参数的构造函数，除了构造对象外，还具有类型转换的作用。但有时候我们不希望这种隐式类型转换发生，就可以使用 explicit 关键字。比如 Date 类：

cppclass Date{public:// 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，去掉explicit后，代码可以通过编译explicit Date(int year):_year(year){}// 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，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}

使用 explicit 修饰后，就禁止了构造函数的隐式类型转换，提高了代码的可读性和安全性。

二、static成员

（一）概念

在C++中，用 static 修饰的类成员称为类的静态成员。用 static 修饰的成员变量称为静态成员变量，用 static 修饰的成员函数称为静态成员函数。静态成员变量一定要在类外进行初始化。

例如，要实现一个类来计算程序中创建了多少个类对象：

cppclass 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(){std::cout << A::GetACount() << std::endl;A a1, a2;A a3(a1);std::cout << A::GetACount() << std::endl;}

这里 _scount 是静态成员变量，记录对象个数， GetACount 是静态成员函数，用于获取对象个数。

（二）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. 类静态成员既可用 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。

（三）相关问题思考

1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

答案是否定的。因为静态成员函数没有 this 指针，无法确定要操作哪个具体对象的非静态成员。

2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

可以。因为静态成员函数是类共享的，非静态成员函数有 this 指针，可以通过类名或对象来调用静态成员函数。

三、友元

友元提供了一种突破封装的方式，在某些情况下能带来便利，但也会增加耦合度，破坏封装性，所以不宜多用。友元分为友元函数和友元类。

（一）友元函数

当我们尝试重载 operator<< 输出运算符时，会发现无法将其重载成成员函数。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，但这样又导致类外没办法访问类的私有成员，此时就需要友元来解决。 operator>> 同理。

以 Date 类为例：

cppclass 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friend std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const Date& d);friend std::istream& operator>>(std::istream& _cin, Date& d);private:int _year;int _month;int _day;};std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const Date& d){_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;return _cout;}std::istream& operator>>(std::istream& _cin, Date& d){_cin >> d._year;_cin >> d._month;_cin >> d._day;return _cin;}int main(){Date d;std::cin >> d;std::cout << d << std::endl;return 0;}

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。友元函数具有以下特点：

- 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。

（二）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。例如：

cppclass 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;};

友元类有以下特性：

- 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。

- 友元关系不能传递。如果 B 是 A 的友元， C 是 B 的友元，则不能说明 C 是 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。

通过对构造函数、 static 成员以及友元的深入剖析，我们对C++类与对象的知识有了更全面和深刻的理解。在实际编程中，合理运用这些特性可以编写出更高效、灵活且安全的代码。