C++ 类与对象（下）

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💬<5>前言：C++类与对象的收尾工作，初始化列表，static成员，友元，内部类，匿名对象，和编译器优化问题。

目录

一.再谈构造函数

（1）构造函数体赋值

（2）初始化列表

 （3）explicit关键字

二.static成员

（1）static 特性

三.友元

（1）友元函数

 （2）友元类

 四.内部类

五.匿名对象

 六.拷贝对象时的一些编译器优化

七.再次理解类和对象

---

一.再谈构造函数

（1）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。

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

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。

（2）初始化列表

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。

class Date
{friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d){out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;return out;}
public:Date(int year, int month, int day): _year(year), _month(month), _day(day){}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date date(1, 1, 1); cout << date;return 0;
}

 【注意】

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 A
{
public:A(int a):_a(a){}
private:int _a;
};
class B
{
public:B(int a, int ref):_aobj(a) //调用构造函数, _ref(ref), _n(10){}
private:A _aobj; //没有默认构造函数int& _ref; //引用const int _n; //const
};

 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。

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);return 0;
}

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 

 下列程序的输出结果:

A. 输出1  1
B.程序崩溃
C.编译不通过
D.输出1  随机值

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();
}

 解答：_a1 是 1，_a2是随机值，在初始化列表初始化的时候，由于定义的顺序是先是_a2，后是_a1，所以先用_a1初始化_a2，因为_a1还没有初始化，_a1初始化给_a2的是随机值，随后又初始化了_a1的值为1.

 （3）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默认值
的构造函数，还具有类型转换的作用。

class Date
{friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d){out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;return out;}
public:// 1. 单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用Date(int year){_year = year;_month = 0;_day = 0;}// 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//Date(int year, int month = 1, int day = 1)//{//	_year = year;//	_month = month;//	_day = day;//}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{//类型转换Date date = 100;cout << date;return 0;
}
int main()
{//类型转换Date date = 100;cout << date;return 0;
}

如果加上explicit关键字：

class Date
{friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d){out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;return out;}
public:// 1. 单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用explicit Date(int year){_year = year;_month = 0;_day = 0;}// 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//Date(int year, int month = 1, int day = 1)//{//	_year = year;//	_month = month;//	_day = day;//}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{//类型转换Date date = 100;cout << date;return 0;
}

explicit修饰构造函数，禁止类型转换。

二.static成员

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。

面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

分析：创建一个类对象，要么调用构造函数，要么调用拷贝构造函数，利用一个计数器，统计调用构造函数，和拷贝构造的次数，就可以求出一共创建过多少个类对象.我们可以使用全局变量来计数，也可以使用static静态成员变量来计数。

class A
{
public:A() {++_scount; }A(const A & t) {++_scount; }static int GetACount() { return _scount; }
private:static int _scount;
};
//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。
int A::_scount = 0;
A Fun(A a4)
{A tmp(a4);return tmp;
}
int main()
{cout << A::GetACount() << endl;A a1, a2;A a3(a1);Fun(a3);cout << A::GetACount() << endl;return 0;
}

（1）static 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。

class A
{
public:static int GetACount() { return _scount; }static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
A Fun(A a4)
{A tmp(a4);return tmp;
}
int main()
{A* ptr = nullptr;//因为静态成员变量不属于对象，我们通过空指针访问也不会有问题。cout << ptr->_scount<< endl;return 0;
}

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。

class A
{
public:static int GetACount() { return _scount; }static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
A Fun(A a4)
{A tmp(a4);return tmp;
}
int main()
{A* ptr = nullptr;A a;cout << ptr->_scount<< endl;cout << A::_scount << endl;cout << a._scount << endl;return 0;
}

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。

【问题】
1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

解答：

• 不可以直接访问。因为缺少对象的this指针。

• 如果我们手动添加对象指针参数是不是就可以了呢？手动添加对象的指针参数，不仅可以访问非静态的成员函数，还可以访问非静态成员变量。

class A
{
public:void show(){cout << "void show()" << endl;}static int GetACount(A*a) {a->show();cout << a->n << endl;return _scount; }static int _scount;int n = 100;
};
int A::_scount = 0;
int main()
{A a;a.GetACount(&a);return 0;
}

 2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗?

 解答：

可以调用。

class A
{
public:void show(){cout << "void show()" << endl;GetACount();}static int GetACount() {cout << "static int GetACount()" << endl;return _scount; }static int _scount;int n = 100;
};
int A::_scount = 0;
int main()
{A a;a.show();return 0;
}

三.友元

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。

（1）友元函数

我们之前尝试去重载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。

 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。

class Date
{//友元函数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;
}

说明：

1.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。

 因为友元函数本身就是外部函数。
2.友元函数不能用const修饰。

因为友元函数，是非成员函数是不可以用，const修饰的，因为const修饰的是*this。
3.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。
4.一个函数可以是多个类的友元函数。
5.友元函数的调用与普通函数的调用原理相同。

 （2）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。

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;}void Show(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << " " << _t._hour << ":" << _t._minute << ":" << _t._second << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;Time _t;
};
int main()
{Date d(2023, 2, 11);d.SetTimeOfDate(10, 0, 0);d.Show();return 0;
}

1.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。

2.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。
3.友元关系不能继承，在继承位置再给大家详细介绍。

 四.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。

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;//OKcout << a.h << endl;//OK}};
};
int A::k = 1;
int main()
{A::B b;b.foo(A());return 0;
}

说明：这里的a类中的h为啥是0，因为我们并没有对A类型进行实例化，所以此时的类a中的h也就相当于是一个全局变量。全局变量在没有初始化的时候，默认是0.

 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。

五.匿名对象

匿名对象的特点是，不用取对象的名字，但是他的生命周期只有这一行。

我们可以看到下一行他就会自动调用析构函数。

匿名对象在这样场景下就很好用，当然还有一些其他使用场景，这个我们以后遇到了再说

class Solution {
public:int Sum_Solution(int n) {//...return n;}
};
int main()
{cout << Solution().Sum_Solution(10) << endl;return 0;
}

我们无需显示创建对象，就可以链式访问类的成员。

 六.拷贝对象时的一些编译器优化

 下面我们针对在拷贝的时候编译器的优化情况，我们这里的编译器优化主要是VS2022。

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。

class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(const A& aa):_a(aa._a){cout << "A(const A& aa)" << endl;}A& operator=(const A& aa){cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;if (this != &aa){_a = aa._a;}return *this;}/*~A(){cout << "~A()" << endl;}*/
private:int _a;
};
void f1(A aa)
{}
A f2()
{A aa;return aa;
}
int main()
{// 传值传参,先构造，再拷贝构造。A aa1;f1(aa1);cout << endl;// 传值返回，先构造，再拷贝构造。f2();cout << endl;// 隐式类型，未优化：先构造，再拷贝构造 -> 优化为直接构造。f1(1);// 一个表达式中，先构造，再拷贝构造 -> 优化为一个构造。f1(A(2));cout << endl;// 一个表达式中，先构造，再拷贝构造，再拷贝构造 ->优化为 构造+拷贝构造。A aa2 = f2();cout << endl;// 一个表达式中，先构造，再拷贝构造，再赋值重载 ->无法优化。aa1 = f2();cout << endl;return 0;
}

七.再次理解类和对象

现实生活中的实体计算机并不认识，计算机只认识二进制格式的数据。如果想要让计算机认识现
实生活中的实体，用户必须通过某种面向对象的语言，对实体进行描述，然后通过编写程序，创
建对象后计算机才可以认识。比如想要让计算机认识洗衣机，就需要：
1. 用户先要对现实中洗衣机实体进行抽象---即在人为思想层面对洗衣机进行认识，洗衣机有什
么属性，有那些功能，即对洗衣机进行抽象认知的一个过程。
2. 经过1之后，在人的头脑中已经对洗衣机有了一个清醒的认识，只不过此时计算机还不清
楚，想要让计算机识别人想象中的洗衣机，就需要人通过某种面相对象的语言(比如：C++、
Java、Python等)将洗衣机用类来进行描述，并输入到计算机中。
3. 经过2之后，在计算机中就有了一个洗衣机类，但是洗衣机类只是站在计算机的角度对洗衣
机对象进行描述的，通过洗衣机类，可以实例化出一个个具体的洗衣机对象，此时计算机才
能洗衣机是什么东西。
4. 用户就可以借助计算机中洗衣机对象，来模拟现实中的洗衣机实体了。
在类和对象阶段，大家一定要体会到，类是对某一类实体(对象)来进行描述的，描述该对象具有那
些属性，那些方法，描述完成后就形成了一种新的自定义类型，才用该自定义类型就可以实例化
具体的对象。