类和对象深入理解

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static成员

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

静态成员变量

面试题

面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

class A
{
public:A(){++n;}A(const A& aa){++ n;}
private:static int n;
}; 
int A::n = 0;

这里的n就是一个静态全局变量,注意静态变量是不能给缺省值的,因为他不是单独属于某一个对象,而是属于这个类的所有对象,因此需要在类外面定义

由于n受域作用限定符的限制,当我们屏蔽掉private后就可以访问n了

我们再来看看下面的三段代码

补充

代码1

class A
{
public:A(){++n;}A(const A& aa){++ n;}
//private:static int n;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{A aa1;A aa2;A* ptr = nullptr;cout << aa1.n << endl;cout << aa2.n << endl;cout << ptr->n << endl;return

代码2

class A
{
public:A(){++n;}A(const A& aa){++ n;}
//private:static int n;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{A aa1;//A aa2;A* ptr = nullptr;cout << aa1.n << endl;//cout << aa2.n << endl;cout << ptr->n << endl;return 0;
}

代码3

class A
{
public:A(){++n;}A(const A& aa){++ n;}
//private:static int n;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{//A aa1;//A aa2;A* ptr = nullptr;//cout << aa1.n << endl;//cout << aa2.n << endl;cout << ptr->n << endl;return 0;
}

上面的三个代码中ptr输出的n的值是不一样的,这需要我们了解static存储的变量在静态区
比如ptr->n,n并不在ptr指向的对象里,而是在静态区,在寻找n的时候就是去静态区里找
因为是受到static修饰,所以n的值是全局变量,全局变量不想局部变量,出了作用域后就会销毁然后从新开始,也就是说这里的n不会因为一个对象结束后就重新变成0

如何访问private中的成员变量

上面的代码中我们都是将private屏蔽掉才可以访问到n的,当private没有屏蔽的时候,就会因为权限导出不允许访问

要想解决这个问题只有在公有区域里创建一个函数Getn()去获得n的值

class A
{
public:A(){++n;}A(const A& aa){++ n;}int Getn(){return n;}
private:static int n;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{A aa1;cout << aa1.Getn() << endl;return 0;
}

静态成员函数

静态成员函数的访问方式如下

A::Getn()也是可以这样访问的,另外静态成员变量也同理

静态成员函数没有this指针

静态成员函数与普通的成员函数不同点在于静态成员函数没有this指针,所以不能访问非静态成员变量或者函数

class A
{
public:A(){++n;}A(const A& aa){++ n;}static int Getn(){a++;return n;}
private:static int n;int a;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{A aa1;cout << A::n << endl;return 0;
}

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

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。所以友元我们了解一下就行了
友元分为：友元函数和友元类

友元函数

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。

class 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ostream& operator<<(ostream& _cout){_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;return _cout;}
private:int _year;int _month;int _day;
};

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;
}

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(没有this指针)
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

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

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;}private:int _year;int _month;int _day;Time _t;
};

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，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. sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。
2. 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的,且内部类受类域限制
3. 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(内部类是外部类的友元类)

特性1

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

sizeof(A)的结果是4,可能很多人会觉得B在A里面的,所以sizeof(A)的结果是包含了B的空间的,但是事实上不是这样的,如果要让sizeof(A)的结果是算上B的空间大小的话应该像下面这段代码这样写

class B
{
private:int _b1;
};
class A
{
private:static int k;int h;B _b;
}

此外类是不占用空间的,因为类只是一个声明,而在定义的时候才会有空间,也就是说声明只是说有这么一个东西,但是不会讲空间分配给他,而定义则是让这个东西真实的存在,并分配空间给他

特性2

内部类也是受访问限定符和类域的限制

class A
{
public:class B{};
};
int main()
{A a;B b;return 0;
}

当我们用域作用限定符的时候就可以正常运行

class A
{
public:class B{};
};
int main()
{A a;A::B b;return 0;
}

但是当class B 在A的private中就会因为B是私有导致无法访问

class A
{
private:class B{};
};
int main()
{A a;A::B b;return 0;
}

匿名对象

匿名对象就是没有名字的对象,他的特点是生命周期只在当前一行

class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A(int a)" <<a<< endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A aa1;A aa2(2);A();A(3);return 0;
}

拷贝对象时的一些编译器优化

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。
但是不同的编译器优化程度是不同的,所以我们只需要简单了解一下就可以了

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;
}