c++阶梯之类与对象（下）

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 c++阶梯之类与对象（中）＜ 续集 ＞-CSDN博客

1. 再谈构造函数

1.1 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 Time
{
public:Time(int hour = 0, int minute = 0){_hour = hour;_minute = minute;}
private:int _hour;int _minute;
};class Date
{
public:Date(int year = 2020, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}void showinfo(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}
private:int _year = 1997;int _month = 10;int _day = 9;Time _t;
};int main()
{Date d1(2022, 9, 13);Date d2 = d1;d2.showinfo();return 0;
}

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。

1.2 初始化列表

什么是初始化列表？ 

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。

对于构造函数而言，初始化列表是对成员的初始化，而函数体内则是修改赋值 。

 我们借用调试来看看

此时Date构造函数并没有开始执行，但Date类中的成员都已经被初始化了，Time类型的构造函数已经被调用执行了。

这就是因为初始化列表的存在，构造函数会先执行初始化列表。如果我们未显式实现初始化列表，那么编译器会自己生成，对内置类型不做处理，即初始化为随机数 ，自定义类型调用其默认构造函数。

为什么要有初始化列表？ 

变量的初始化有且只有一次，但构造函数的函数体内是可以进行多次赋值的。

【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：
（1）引用成员变量（引用定义时必须初始化）
（2）const成员变量（const成员初始化后不能更改）
（3）自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)

class Time
{
public:Time(int hour, int minute)//非默认构造{_hour = hour;_minute = minute;}
private:int _hour;int _minute;
};class Date
{
public:Date(int year = 2020, int month = 1,int day=2):_year(year),_day(day),_month(month),_t(3,3){}
private:int& _month;const int _year;int _day;Time _t;
};int main()
{Date d1;return 0;
}

当类中没有默认构造函数，编写者还不在初始化列表显式调用构造的话：

  

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

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（也即在内存中的存储次序）

对第四点，有一个小小的题目，大家可以看看。

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

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。
这句话是什么意思？我们来看看!

class A
{
public:A(int a = 10)//单个参数{_a = a;}
private:int _a;
};class Date
{
public:Date(int year, int month = 1,int day=2)//只有第一个参数无默认值:_year(year),_day(day),_month(month){}//日期类的析构，重载赋值，拷贝构造不需要自己写
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{A a = 2;//用2构造一个临时对象，再将临时对象拷贝构造给aDate d1(2024,1,1);d1 = 2023;//用2023构造一个临时对象，再将临时对象赋值给d1return 0;
}

上述过程就是构造函数的隐式转换。 但在当前大部分编译器的环境下，会对连续步骤的构造进行优化，构造+拷贝构造 = 构造诸如此类。

而explicit关键字的作用就是禁止构造函数的隐式转换，在构造函数前加explicit。

 

 2. static关键字

2.1 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

 那么它有什么作用呢？我们来看一个面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

在这个题目里，可以完美的展现static的效用。 

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;
}

 2.2 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

静态成员函数是专为静态成员变量而生的，也就是说在静态成员函数不能访问非静态成员变量。 

【问题】
1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？（不可以，见特性第四点）
2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？（可以）

3.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。等同于现实中走后门，尽量少用。
友元分为：友元函数和友元类

3.1 友元函数

还记得我们之前写的 operator<< 吗？

在c++阶梯之类与对象（中）＜ 续集 ＞-CSDN博客中我们讲过。当时我们将它实现为了全局函数。接下来我们来看看其他方法。

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，因此我们在这里就可以使用友元函数解决这个问题。

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
{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;
}

 

友元函数可以解决类似的问题，但友元函数只能在函数可控的情况下使用，并且尽量少用。

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

注意：

       在 C++ 中，友元函数可以访问类的所有成员，包括私有成员和保护成员。通过将函数声明为类的友元，这个函数就可以在类的作用域内访问类的私有成员和受保护成员。

       虽然友元函数可以访问类的私有成员和受保护成员，但是需要注意的是，友元函数并不属于类的成员函数，它没有 this 指针，也不受访问控制权限的约束。因此，在使用友元函数时，需要谨慎考虑访问权限的控制，以确保数据的安全性。

       友元函数的使用应该谨慎，因为它破坏了封装性，可能导致代码的可维护性和安全性问题。通常情况下，应该优先考虑利用类的成员函数和接口来访问类的数据，而尽量避免使用友元函数。

 

3.2 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。
（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是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。

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){}void Print(){cout << _hour << ":" << _minute << ":" << _second << endl;}
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;_t.Print();}
private:int _year;int _month;int _day;Time _t;
};int main()
{Date d1;d1.SetTimeOfDate(1,30,30);return 0;
}

 

在上面的代码中，我们定义Date类是Time类的友元类，因此在Date类中，我们可以借由Date类中Time类的对象_t来访问Time类的所有成员。但Time类并非Date类的友元，因此只是Time对Date的单向友元。

4. 内部类

概念：

如果一个类定义在另一个类的内部，这个类就叫做内部类。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。

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;
}

5. 匿名对象 

匿名对象的生命周期只有当前一行，当本行执行完，匿名对象也随之销毁。常用于构造的对象只需要传一次参等情况。

见代码如下：

class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A(int a)" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a;
};
class Solution {
public:Solution(){cout << "Solution()" << endl;}~Solution(){cout << "~Solution()" << endl;}int func(int n) {//...return n;}
};
int main()
{	//A aa1();// 不能这么定义对象，因为编译器无法识别下面是一个函数声明，还是对象定义// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点是不用取名字，// 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A();A aa2(2);// 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Solution().func(10);return 0;
}

 

6. 拷贝对象的一些编译器优化

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

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A aa1;f1(aa1);cout << endl;// 传值返回f2();cout << endl;// 隐式类型，连续构造+拷贝构造->优化为直接构造f1(1);// 一个表达式中，连续构造+拷贝构造->优化为一个构造f1(A(2));cout << endl;// 一个表达式中，连续拷贝构造+拷贝构造->优化一个拷贝构造A aa2 = f2();cout << endl;// 一个表达式中，连续拷贝构造+赋值重载->无法优化aa1 = f2();cout << endl;return 0;
}

 

 

在不同的编译器下，可能会做不同程度的优化。