C++面向对象（下）

前言

本文是主要是将之前关于C++面向对象中的一些没有归纳到的零星知识点进行补充，同时对C++中的面向对象简单收个尾。

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1.再谈构造函数

1.初始化列表

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。

C++提供了初始化列表来初始化，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。

代码示例

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)

代码示例

class A
{ //没有默认构造函数public:A(int a){_a = a;}
private:int _a;
};class B
{ public:B(int a=1,int b=1):x(a),y(b),z(1) {}
private:int& x;A y;const int z;
};

对于B类来说它的每个成员变量都需要在初始化列表中进行初始化。

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。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.

代码示例

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a):_a1(a), _a2(_a1){}void Print() {cout << _a1 << " " << _a2 << endl;}
private:int _a2;int _a1;
};
int main()
{A a(1);a.Print();
}

打印结果如下

之所以一个是1另一个是随机值，其实是因为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。先初始化的是_a2但是_a2是用_a1初始化的，这个时候_a1还没有被初始化是随机值，所以_a2就是随机值了。

对于初始化列表的理性看待

在class类中成员变量可以被看作声明，初始化列表相当于给了成员变量一个地方进行初始化定义。正来说一个变量 int a=12这就是对变量初始化且变量被定义出来了。类中的成员变量相当于声明和初始化分离，分别在不同的地方进行声明 初始化。

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缺省值值的构造函数，还具有类型转换的作用。(隐式类型转换)

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当然对于多参数也可以的

这种初始化方式有点像C语言中结构体的初始化方式，用一个整形变量给对象赋值，实际编译器背后会用构造一个无名对象，最后用无名对象给a对象进行拷贝构造初始化。用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换.

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2. 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。

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

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{ public:A(){num++;}static int get_num(){return num;} 
private:static int num;
};
int A::num = 0;
int main()
{A a1;A a2;cout << A::get_num() << endl;cout << a1.get_num() << endl;
}

代码中a.get_num和A::都是为了让静态函数突破类域的限制而已，这点和普通成员函数是一样的。static修饰的变量只能被初始化一次这点要注意1. 静态成员函数可以调用非静态成员吗？2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员吗？对于问题1来说:静态成员函数不存在this指针所以不能访问类中的成员；对于问题2来说：静态成员是属于类的也就是属于每个对象的，相当于共享的。所以非静态函数可以访问类中的静态成员。

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对于某些场景这个静态成员还是比较有用，我们来看一道例题。

示例题目链接

这道题其实就一般给出的题解是用到了位运算，除此以外还可以用到静态的成员来处理问题。

代码示例

class Sum
{
public:Sum(){_sum+=_i;++_i;}
static int sum()
{return _sum;
}private:static int _i;static int _sum;
};int Sum::_i=1;int Sum::_sum=0;class Solution {
public:int Sum_Solution(int n) {Sum a[n];return Sum::sum();}
};

这就利用了static函数是属于所有类对象的特性，每调用构造函数一次sum就会+=i一次，创建n个对象就会+= n次这就实现了1到n的求和

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3.友元

1.概念

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。

2.友元函数

友元破坏了封装，为啥还要有友元这种东西呢？现在这样一个场景：尝试去对某个类重载operator<<，然后发现没办法将operator<<重载成成员函数。因为隐含的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需要是作为第一个形参对象，才能比较符合正常逻辑。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。

代码示例

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{ public:friend ostream& operator<<( ostream& out, const Date& d);Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};ostream& operator<<( ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << " " << d._month << " " << d._day << endl;return out;
}int main()
{Date d1(2022, 1, 1);cout << d1;
}

cout其实是一个ostream类型的对象，cout之所以能自动识别类型就是用到了运算符重载和函数重载。对于内置类型，C++官网库中写了内置类型的<<运算符重载，同时又由于函数重载opertor<<，这样使得cout能够处理不同的内置类型。但是对于自定义类来说如果想使用cout要么修改官方库，要么就是自己手动实现operator<<。对于前者，实现肯定是不现实的，只能采用后者方式。如果采用后者肯定不能将这个函数写到内里面，不然第一个操作数就是类对象了这样使用方式就会很别扭，为了保持cout原有的使用方式，只能将这个operator<<写到类内外，但是又需要用访问类中成员，所以只能使用友元函数了。同时返回值传引用是为了连续的输出打印显示保持运算符的特性。

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。

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3.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。

代码示例

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public:Time(int hour = 0, int minute = 0){;}private:int _hour;int _minute;
};
class Date
{
public:Date(int year = 1000, int month = 1, int day = 1){;}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;}private:int _year;int _month;int _day;Time _t;
};

4. 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。

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5.匿名对象

匿名对象有点想匿名结构体，表示方法是:类名()。匿名对象的生命周期极短只存在于它所在的那一行处。

代码示例

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a=1, int b=1, int c=1){_a = a;_b = b;_c = c;}
private:int _a;int _b;int _c;
};int main()
{  //匿名对象A(2022, 2, 2);}

匿名对象将相当于用一次性杯子，用过就仍。它实用于某些一次性场景。可以作为某些函数的返回值优化性能。

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6.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。

代码示例

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a=1){_a = a;cout << "直接构造" << endl;}A(const A& a){_a = a._a;cout << "拷贝构造" << endl;}A& operator==(const A& a){_a = a._a;cout << "赋值重载" << endl;return *this;}
private:int _a;
};

我们预想的是 ：构造(100隐式类型转化）-> 拷贝构造(形参a)，但是实际上编译器会直接优化成直接构造。

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编译器只能在一行语句内进行优化，涉及多行语句编译器也不敢擅自进行优化。f2中的a先被定义了这个时候就会调用拷贝构造，返回的时候会产生临时变量这个时候就会发生拷贝构造。

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正常来说应该是：直接构造(f2中的a1）-> 拷贝构造(产生的临时变量） -> 拷贝构造(返回给a1)。但是编译器会做优化处理，在返回的时候对a1直接进行拷贝构造，少调用一次拷贝构造。

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这里使用匿名对象作为返回值的时候，a1接受的时候就被编译器优化成了对a1直接进行一次构造。这也是之前说匿名对象能够提升性能的原因。

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简单总结：尽量使用引用传参，减少不必要的拷贝构造。尽量使用匿名对象作为返回值，同时接收返回值的时候采用拷贝构造的方式不要使用赋值接受。

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7.总结

以上内容便是C++面向对象中的一些琐碎的零星知识点，以上内容如有问题，欢迎指正！