【C++干货篇】——类和对象的魅力（四）

【C++干货篇】——类和对象的魅力（四）

1.取地址运算符的重载

1.1const 成员函数

• 将const修饰的成员函数称之为const成员函数，const修饰成员函数放到成员函数参数列表的后面。
• const实际修饰该成员函数隐含的this指针（this指向的对象），表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。const 修饰Date类的Print成员函数，Print隐含的this指针由 Date* const this 变为 const Date* const this：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}// void Print(const Date* const this) constvoid Print() const{cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{// 这⾥⾮const对象也可以调⽤const成员函数是⼀种权限的缩⼩Date d1(2024, 7, 5);//&d1->Date*d1.Print();const Date d2(2024, 8, 5);//&d->const Date*d2.Print();return 0;
}

总结：

• const 修饰指向的内容时和非const 拷贝赋值才涉及权限放大和缩小问题；

• 一个成员函数，不修改成员变量的建议都加上const.

1.2取地址运算符重载

取地址运算符重载分为普通取地址运算符重载和const取地址运算符重载，⼀般这两个函数编译器⾃动⽣成的就可以够我们用了，不需要去显时实现。除非⼀些很特殊的场景，比如我们不想让别⼈取到当前类对象的地址，就可以⾃⼰实现⼀份，胡乱返回⼀个地址。

class Date
{
public :Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1){_year = year;_month = month;_day = day;}Date* operator&(){return this;// return nullptr;}const Date* operator&()const{return this;// return nullptr;}
private :int _year ; // 年int _month ; // ⽉int _day ; // ⽇
};
int main()
{const Date d1(2024, 8, 10);Date d3(2024, 8, 10);cout << &d1 << endl;cout << &d3 << endl;return 0;
}

2.再探构造函数

• 之前我们实现构造函数时，初始化成员变量主要使⽤函数体内赋值，构造函数初始化还有⼀种方式，就是初始化列表，初始化列表的使⽤⽅式是以⼀个冒号开始，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。

  

• 每个成员变量在初始化列表中只能出现⼀次，语法理解上初始化列表可以认为是每个成员变量定义初始化的地方。

• 引用成员变量（引用必须在定义的时候初始化）、const成员变量（const变量必须初始化；const是不能修改的，唯一一次修改的机会是在初始化的时候）、没有默认构造的类类型的成员变量，必须放在初始化列表位置进⾏初始化，否则会编译报错。

• C++11⽀持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显⽰在初始化列表初始化的成员使⽤的。

• 尽量使用初始化列表初始化，因为那些你不在初始化列表初始化的成员也会走初始化列表；

  如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会⽤这个缺省值初始化；

  如果你没有给缺省值，对于没有显⽰在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器，C++并没有规定；

  对于没有显⽰在初始化列表初始化的⾃定义类型成员会调⽤这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误。

• 初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进⾏初始化，跟成员在初始化列表出现的的先后顺序无关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持⼀致。

初始化列表总结：

无论是否显示写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表；

无论是否在初始化列表显示初始化，每个成员变量都要走初始化列表初始化；

3.类型转换

• C++⽀持内置类型隐式类型转换为类类型对象，需要有相关内置类型为参数的构造函数。

• 构造函数前⾯加explicit就不再⽀持隐式类型转换。

• 类类型的对象之间也可以隐式转换，需要相应的构造函数⽀持

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:// 构造函数explicit就不再⽀持隐式类型转换// explicit A(int a1)A(int a1):_a1(a1){cout << "A(int a1)" << endl;}//explicit A(int a1, int a2)A(int a1, int a2):_a1(a1), _a2(a2){}A(const A&aa):_a1(_a1),_a2(_a2){cout << "A(const A&aa)" << endl;}void Print(){cout << _a1 << " " << _a2 << endl;}int Get() const{return _a1 + _a2;}
private:int _a1 = -1;int _a2 = -1;
};class B
{
public:B(const A& a):_b(a.Get()){}
private:int _b = 0;
};//内置类型->自定义类型的转化
//自定义类型->自定义类型
int main()
{// 1构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa3// 编译器遇到连续构造+拷⻉构造->优化为直接构造A aa1 = 1;aa1.Print();const A& aa2 = 1;// C++11之后才⽀持多参数转化A aa3 = (1, 1);// aa3隐式类型转换为b对象// 原理跟上⾯类似B b = aa3;const B& rb = aa3;return 0;
}

4.static成员

• ⽤static修饰的成员变量，称之为静态成员变量，静态成员变量⼀定要在类外进⾏初始化。

• 静态成员变量为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，不存在对象中，存放在静态区。

• ⽤static修饰的成员函数，称之为静态成员函数，静态成员函数没有this指针。

• 静态成员函数中可以访问其他的静态成员，但是不能访问非静态的，因为没有this指针。

• 非静态的成员函数，可以访问任意的静态成员变量和静态成员函数。

• 突破类域就可以访问静态成员，可以通过类名::静态成员 或者 对象.静态成员 来访问静态成员变量和静态成员函数。

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

• 静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是个构造函数初始化列表的，静态成员变量不属于某个对象，不走构造函数初始化列表

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(){++_scount;}A(const A& t){++_scount;}~A(){--_scount;}static int GetACount(){return _scount;}private:// 类⾥⾯声明static int _scount;
};// 类外⾯初始化
int A::_scount = 0;int main()
{cout << A::GetACount() << endl;A a1, a2;	A a3(a1);cout << A::GetACount() << endl;cout << a1.GetACount() << endl;
// 编译报错：error C2248: “A::_scount”: ⽆法访问 private 成员(在“A”类中声明)
//cout << A::_scount << endl;return 0;
}

5.友元

• 友元提供了⼀种突破 类访问限定符 封装的⽅式，友元分为：友元函数和友元类，在函数声明或者类声明的前⾯加friend，并且把友元声明放到⼀个类的⾥⾯。

• 外部友元函数可访问类的私有和保护成员，友元函数仅仅是⼀种声明，他不是类的成员函数。

• 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。

• 友元类中的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私有和保护成员。

• 友元类的关系是单向的，不具有交换性，⽐如A类是B类的友元，但是B类不是A类的友元。

• 友元类关系不能传递，如果A是B的友元， B是C的友元，但是A不是C的友元。

• 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。

测试代码：

#include<iostream>
using namespace std;// 前置声明，都则A的友元函数声明编译器不认识B
class B;
class A
{// 友元声明friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:int _a1 = 1;int _a2 = 2;
};class B
{// 友元声明friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:int _b1 = 3;int _b2 = 4;
};void func(const A& aa, const B& bb)
{cout << aa._a1 << endl;cout << bb._b1 << endl;
}int main()
{A aa;B bb;func(aa, bb);return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;class A
{// 友元声明friend class B;
private:int _a1 = 1;int _a2 = 2;
};class B
{
public:void func1(const A& aa){cout << aa._a1 << endl;cout << _b1 << endl;}void func2(const A& aa){cout << aa._a2 << endl;cout << _b2 << endl;}
private:int _b1 = 3;int _b2 = 4;
};int main()
{A aa;B bb;bb.func1(aa);bb.func1(aa);return 0;
}

6.内部类

• 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，跟定义在全局相⽐，他只是受外部类类域限制和访问限定符限制，所以外部类定义的对象中不包含内部类。
• 内部类默认是外部类的友元类。
• 内部类本质也是⼀种封装，当A类跟B类紧密关联，A类实现出来主要就是给B类使⽤，那么可以考虑把A类设计为B的内部类，如果放到private/protected位置，那么A类就是B类的专属内部类，其他地⽅都⽤不了。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
private:static int _k;int _h = 1;
public:class B // B默认就是A的友元{public:void foo(const A& a){cout << _k << endl; //OKcout << a._h << endl; //OK}};
};
int A::_k = 1;
int main()
{cout << sizeof(A) << endl;A::B b;A aa;b.foo(aa);return 0;
}

7.匿名对象

• ⽤ 类型(实参) 定义出来的对象叫做匿名对象，相⽐之前我们定义的 类型 对象名(实参) 定义出来的叫有名对象;

  #include<iostream>
  using namespace std;
  class A
  {
  public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A(int a)" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
  private:int _a;
  };
  class Solution {
  public:int Sum_Solution(int n) {//...return n;}
  };
  //匿名对象给缺省值
  void func(A aa = A(1))
  {}int main()
  {//有名对象A aa1(1);A aa2;//匿名对象A(1);A();//有名函数调用函数Solution s1;cout<<s1.Sum_Solution(10)<<endl;//匿名函数调用函数cout<<Solution().Solution(10)<<endl;func();const A& r = A();//匿名对象和临时对象一样具有常性，引用会使匿名对象的周期延长return 0;
  }
  

• 匿名对象⽣命周期只在当前⼀⾏，⼀般临时定义⼀个对象当前⽤⼀下即可，就可以定义匿名对象。

8.对象拷贝时的编译器优化

• 现代编译器会为了尽可能提⾼程序的效率，在不影响正确性的情况下会尽可能减少⼀些传参和传返回值的过程中可以省略的拷⻉。

• 如何优化C++标准并没有严格规定，各个编译器会根据情况⾃⾏处理。当前主流的相对新⼀点的编译器对于连续⼀个表达式步骤中的连续拷⻉会进⾏合并优化，有些更新更"激进"的编译器还会进行跨行跨表达式的合并优化。

代码测试：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a = 0):_a1(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(const A& aa):_a1(aa._a1){cout << "A(const A& aa)" << endl;}A& operator=(const A& aa){cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;if (this != &aa){_a1 = aa._a1;}return *this;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a1 = 1;
};
void f1(A aa)
{}
A f2()
{A aa;return aa;
}
int main()
{// 传值传参A aa1;f1(aa1);cout << endl;// 隐式类型，连续构造+拷⻉构造->优化为直接构造f1(1);// ⼀个表达式中，连续构造+拷⻉构造->优化为⼀个构造f1(A(2));cout << endl;cout << "***********************************************" << endl;// 传值返回// 返回时⼀个表达式中，连续拷⻉构造+拷⻉构造->优化⼀个拷⻉构造 （vs2019 debug）// ⼀些编译器会优化得更厉害，进⾏跨⾏合并优化，直接变为构造。（vs2022 debug）f2();cout << endl;// 返回时⼀个表达式中，连续拷⻉构造+拷⻉构造->优化⼀个拷⻉构造 （vs2019 debug）// ⼀些编译器会优化得更厉害，进⾏跨⾏合并优化，直接变为构造。（vs2022 debug）A aa2 = f2();cout << endl;// ⼀个表达式中，连续拷⻉构造+赋值重载->⽆法优化aa1 = f2();cout << endl;return 0;
}

最后，本篇文章到此结束，感觉不错的友友们可以一键三连支持一下笔者，有任何问题欢迎在评论区留言哦~