C++类与对象(6)—初始化列表、explicit关键字、static成员

目录

一、初始化列表 

1、定义 

2、注意事项

3、尽量使用初始化列表初始化

4、初始化顺序

二、 explicit关键字

1、定义

2、特点

三、static成员

1、定义 

2、特性 

3、例题

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一、初始化列表 

下面这段代码可以正常编译：

class A {
private:int _a1;//成员声明int _a2;
};
int main()
{A a;//对象整体定义return 0;
}

如果加上一个const类型的成员变量_x，编译就无法通过。 

class A {
private:int _a1;int _a2;const int _x;
};
int main()
{A a;return 0;
}

这是因为const变量必须在定义的位置初始化，否则编译不通过。

class A {
private:int _a1;//声明int _a2;const int _x;
};

在private作用域中，const变量和两个int变量都是成员变量的声明，如果我们声明const变量，一定要对它进行定义，那我们在哪定义呢？

C++11之后可以在声明位置为变量赋初值。

const int _x = 0;

那在C++11之前，也有解决方法，给每个成员变量找一个位置对其进行定义，这样就解决了变量初始化的问题，这个位置使用初始化列表进行初始化赋值。

1、定义 

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。

这样就解决了const成员变量初始化问题。

class A {
public:A():_x(1){}
private:int _a1;int _a2;const int _x;
};
int main()
{A a;return 0;
}

只要对象调用构造函数，初始化列表是它所有成员变量定义的位置。
不管是否显示在初始化列表写，那么编译器每个变量都会初始化列表定义初始化。

class A {
public:A():_x(1),_a1(6){}
private:int _a1 = 1;int _a2 = 2;const int _x;
};
int main()
{A a;return 0;
}

在初始化列表中初始化的变量，不使用缺省值；没有使用初始化列表的变量，使用缺省值。 

2、注意事项

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)

class B {
public:B():_b(0){cout << "B()" << endl;}
private:int _b;
};class A {
private:B _bb;
};
int main()
{A aa;return 0;
}

 这里的aa的成员变量自定义类型_bb是可以调用它的默认构造函数的初始化列表进行初始化。

 默认构造可以是无参或全缺省的。

class B {
public:B(int n) :_b(0)//会报错B(int n=9) :_b(0)//全缺省B( ) :_b(0)//无参
private:int _b;
};

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。

 下面看一个用两个栈实现的队列。

typedef int DataType;
class Stack
{
public:Stack(size_t capacity = 10){cout << "Stack(size_t capacity = 10)" << endl;_array = (DataType*)malloc(capacity * sizeof(DataType));if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");exit(-1);}_size = 0;_capacity = capacity;}void Push(const DataType& data){_array[_size] = data;_size++;}Stack(const Stack& st){cout << "Stack(const Stack& st)" << endl;_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType)*st._capacity);if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");exit(-1);}memcpy(_array, st._array, sizeof(DataType)*st._size);_size = st._size;_capacity = st._capacity;}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}private:DataType *_array;size_t    _size;size_t    _capacity;
};class MyQueue
{
public:MyQueue(int pushN, int popN):_pushST(pushN), _popST(popN){}private:Stack _pushST;Stack _popST;int _size = 0;
};int main()
{	MyQueue q(2, 3);return 0;
}

在调试中可以看到，这里的2和3分别作为参数传递给MyQueue的构造函数，通过初始化列表对这两个成员变量进行初始化。

 如果我们使用这种无参的构造函数对MyQueue对象初始化呢？

class MyQueue
{
public:MyQueue(){}private:Stack _pushST;Stack _popST;int _size = 0;
};

可以看到，如果我们不写初始化列表，MyQueue类也可以调用Stack的默认构造函数对两个Stack类的对象进行初始化，不写MyQueue的构造函数也会使用同样方式初始化，本质上一样。

4、初始化顺序

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。

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();
}

_a2比_a1先声明，所以_a2比_a1先在初始化列表中初始化，_a2初始化时_a1还没初始化，所以_a2是随机值。

二、 explicit关键字

class A {
public:A(int a):_a1(a){}
private:int _a2;int _a1;
};
int main()
{A aa1(1);	//构造函数A aa2 = 1;	//隐式类型转换int i = 1;	double d = i;//隐式类型转换return 0;
}

默认情况下，这里的隐式类型转换都会借助额外创建的临时变量实现，通过构造创建临时变量，然后拷贝构造给变量赋值的过程被优化为直接构造，下一篇文章详细讲解优化过程。

在这两种情况下，临时变量的创建是为了完成类型转换的过程。这些临时变量在转换完成后会被销毁，对于程序的其他部分是不可见的。这种临时变量的创建和销毁是由编译器自动处理的，无需手动干预。

• A aa2 = 1; 这里发生了从int到A的隐式类型转换。编译器会自动调用A类的构造函数来创建一个临时的A对象，然后将整数值1传递给构造函数作为参数。这个临时的A对象会被复制到aa2中，完成隐式类型转换。

• double d = i; 这里发生了从int到double的隐式类型转换。编译器会创建一个临时的double变量，并将整数变量i的值复制到这个临时变量中。然后，这个临时的double变量的值会被赋给变量d，完成隐式类型转换。

拷贝构造也属于构造，也可以使用初始化列表，但下面的成员变量会调用拷贝构造吗？

class A
{
public:A(int a):_a1(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(const A& aa):_a1(aa._a1){cout << "A(const A& aa)" << endl;}private:int _a2;int _a1;
};int main()
{A aa1(1);	//构造函数A aa2 = 1;	//隐式类型转换return 0;
}

输出结果发现没有调用引用类型的拷贝构造。

 

这是因为C++中编译器会对自定义类型的进行优化， 将构造+拷贝+优化的过程优化成一个构造。

那下面的代码中，为什么第一个会报错，第二个没问题呢？ 

A& ref = 10;
const A& ref = 10;

• 这是因为在C++中，当你声明一个引用（比如 A& ref）并试图将其初始化为一个右值（比如一个临时对象或一个字面量），编译器通常会报错。这是因为非const引用不能绑定到右值上，防止对临时对象的非常量引用，因为这可能导致对临时对象的意外修改，从而导致不确定的行为。但是，当你声明一个常量引用（比如 const A& ref），编译器允许这种绑定，因为常量引用可以绑定到右值上。
• 在上述代码中，const A& ref = 10; 这行代码中的 10 是一个整数字面量，是一个右值。你尝试将这个右值绑定到引用 ref 上。由于 ref 被声明为 const A&，它是一个常量引用，所以编译器允许这种绑定，并调用 A 类的构造函数 A(int a) 来创建一个临时的 A 对象，然后将 ref 绑定到这个临时对象上。

1、定义

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。

对于单参构造函数：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。

 对于刚刚的代码，如果在构造函数前加explicit程序会怎么样呢？

class A{
public:explicit A(int a):_a1(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(const A& aa):_a1(aa._a1){cout << "A(const A& aa)" << endl;}private:int _a2;int _a1;
};
int main()
{A aa1(1);	//构造函数A aa2 = 1;	//隐式类型转换const A& ref = 10;return 0;
}

 这两段代码会报错，程序禁止类型转换。

 

2、特点

class A
{
public://explicit A(int a)A(int a):_a1(a){cout << "A(int a)" << endl;}//explicit A(int a1, int a2)A(int a1, int a2):_a1(a1), _a2(a2){}private:int _a2;int _a1;
};
int main()
{// 单参数构造函数 C++98A aa1(1);	//构造函数A aa2 = 1;	//隐式类型转换// 多参数构造函数 C++11A aa2(1, 1);//A aa3= 2，2;//C98不支持A aa3 = { 2, 2 };//C++11支持return 0;
}

1. A aa1(1); 这是直接调用单参数构造函数创建对象的例子。

2. A aa2 = 1; 这是一个隐式类型转换的例子。这里，整数1被隐式地转换为类A的一个对象。这是因为类A定义了一个接受int类型参数的构造函数，因此编译器会自动调用该构造函数来创建一个临时的A对象，并将其赋值给aa2。

3. A aa2(1, 1); 这是直接调用双参数构造函数创建对象的例子。

4. A aa3 = { 2, 2 }; 这是C++11引入的列表初始化的例子。这种方式可以用来初始化对象，而不需要显式地调用构造函数。

explicit关键字用于阻止编译器进行不希望发生的隐式类型转换。如果你将构造函数前面的注释去掉，使得构造函数前面有explicit关键字，那么像A aa2 = 1;这样的隐式类型转换就会被禁止，编译器会报错。

例如，如果你将单参数构造函数改为explicit A(int a)，那么A aa2 = 1;这行代码就会导致编译错误，因为编译器被禁止进行从int到A的隐式类型转换。你必须显式地调用构造函数，像A aa2(1);这样。

总的来说，explicit关键字可以帮助你控制类型转换，防止因为不希望的隐式类型转换而导致的错误。

三、static成员

实现一个类，计算程序中创建了多少类对象

int count = 0;
class A
{
public:A(int a = 0){++count;}A(const A& aa){++count;}
};
void func(A a)
{}
int main()
{A aa1;A aa2(aa1);func(aa1);A aa3 = 1;cout << count << endl;return 0;
}

造成了命名冲突的问题，因为C++的xutility文件里有个函数count与我们定义的全局变量count冲突了。

我们可以不展开std，只调用需要用的流输入输出即可。

#include <iostream>
//using namespace std;
using std::cout;
using std::endl;

成功输出： 

C++为了解决上述问题，同时可以将std展开，将count作为类的static修饰的成员即可实现。

1、定义 

• 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。
• 静态成员不属于某个对象，所于所有对象，属于整个类。
• 静态成员变量的初始化通常在类外部进行。

class A
{
public:A(int a = 0){++count;}A(const A& aa){++count;}int Getcount(){return count;}
private:static int count; // 此处为声明int _a = 0;
};int A::count = 0; // 定义初始化void func(A a)
{}

当我们想输出时：

int main()
{A aa1;A aa2(aa1);func(aa1);A aa3 = 1;cout << A::Getcount() << endl;return 0;
}

输出语句会报错：

如果想要输出，可以使用静态成员函数。

	//静态成员函数 没有this指针static int Getcount(){// _a++; // 不能直接访问非静态成员return count;}

成功输出：

下面语句创建出了多少个类对象？

A aa4[10];

输出结果：

2、特性 

• 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
• 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
• 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
• 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
• 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制

3、例题

链接如下：

求1+2+3+...+n_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)

• 下面这段代码实现了一个类 Sum 和一个类 Solution，其中 Sum 类用于计算从1到n的累加和，而 Solution 类则使用 Sum 类来计算给定整数n的累加和。 
• 这种设计利用了类的构造函数和静态成员变量的特性，实现了累加和的计算和获取。

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

首先，让我们逐步解释 Sum 类的实现：

• Sum 类有两个静态成员变量 _sum 和 _i，分别用于保存累加和和当前的计数器值。
• 构造函数 Sum() 是一个无参构造函数，每次被调用时，它会将当前计数器值 _i 加到累加和 _sum 中，并将计数器 _i 自增1。
• 静态成员函数 Getsum() 用于获取累加和 _sum 的值。

接下来，我们来看 Solution 类的实现：

• Solution 类中的成员函数 Sum_Solution(int n) 接受一个整数 n 作为参数，并返回从1到n的累加和。
• 在 Sum_Solution 函数中，我们创建了一个名为 a 的 Sum 类型的数组，数组的大小为 n。
• 由于 Sum 类的构造函数会在创建对象时自动调用，因此创建数组 a 的过程中，会依次调用 Sum 类的构造函数，从而实现了从1到n的累加和的计算。
• 最后，我们通过调用 Sum::Getsum() 函数来获取累加和的值，并将其作为函数的返回值。