C++类和对象(下)——初始化列表、static成员和友元

关于C++类和对象的学习
C++类和对象(上)——类的基本概念、类的限定符及封装和类成员函数的this指针
C++类和对象(中)——类的6个默认成员函数(构造、析构、拷贝构造、赋值运算符重载)

一、再谈构造函数

1.1 构造函数整体赋值

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。例如我们之前创建的Date类

class Date
{
    
    
public:

	Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
	{
    
    
		_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，但是不能将其称作为类对象成员的初始化，构造函数体中的语句只能将其称作为赋初值，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

<1>为什么有初始化列表？

对于我们定义的日期类，当类中出现以下成员时，如果只用构造函数则无法完成变量的初始化了，以下的成员变量需要在定义的时候就需要初始化

• 引用成员变量
• const成员变量
• 自定义类型的成员变量

其次对于自定义的类成员变量，不使用初始化列表会调用多次构造函数

<2> 如何使用初始化列表

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。
注意：每个成员变量在初始化列表中只能出现一次

//1.2.2
class Time
{
    
    
public:
	Time(int hour = 1, int minute=1,int second = 1)
		:_hour(hour)
		,_minute(minute)
		,_second(second)
	{
    
    
		cout << "Time(int hour = 1, int minute=1,int second = 1)" << endl;
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};

class Date
{
    
    
public:
	//初始化列表写法
	Date(int year=1900, int month=1, int day=1,int hour=1,int minute=1,int second=1)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
		,_n(10)
		,_ref(day)
		,_t(hour,minute,second)
	{
    
    
		cout << "Date(int year, int month, int day,int hour,int minute,int second)" << endl;

	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

	//定义的时候需要初始化
	int& _ref;	//引用
	const int _n; //const成员变量
	Time _t;	//自定义类型的成员变量
};

void Test2()
{
    
    
	Date d1(2021,3,9,2,2,2);
}

结果

<3> 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

如下代码的运行结果是什么？

//1.2.3
class A
{
    
    
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
		, _a2(_a1)
	{
    
    }
	void Print() {
    
    
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}
private:
	int _a2;
	int _a1;
};

void Test2()
{
    
    
	A aa(1);
	aa.Print();
}

结果

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1.3 explicit关键字

<1> 匿名对象

匿名对象顾名思义就是没有名字，其作用域只在一行中有效，例如下面的代码

//1.3.1
class B
{
    
    
public:
	B(int b = 0)
		:_b(b)
	{
    
    
		cout << "B(int b = 0)" << endl;
	}

	//析构函数
	~B()
	{
    
    
		cout << "~B()" << endl;
	}
private:
	int _b;
};

int main()
{
    
    
	B bb(10);	//生命周期在main函数域
	B(2);	//匿名对象生命周期在这一行
	return 0;
}

<2> 为什么有explicit关键字？

对于c++来说，构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用。

当我们定义一个类进行初始化时，如果我们采取下面这种定义方式，编译器会自动生成一个匿名对象，然后用匿名对象对cc对象进行拷贝构造。

//1.3.2
class C 
{
    
    
public:
	C(int c)
		:_c(c)
	{
    
    
		cout << "C()" << endl;
	}

private:
	int _c;
};

int main()
{
    
    
	C cc(2);
	cc = 8;	//编译器会自动生成一个匿名对象，然后用匿名对象对cc对象进行拷贝构造
	return 0;
}

<3> 如何使用explicit关键字？

用explicit修饰构造函数，将会禁止单参构造函数的隐式转换。

//1.3.3
class C 
{
    
    
public:
	explicit C(int c)
		:_c(c)
	{
    
    
		cout << "explicit C(int c)" << endl;
	}

private:
	int _c;
};

int main()
{
    
    
	C cc(2);
	cc = 8;	//编译器会自动生成一个匿名对象，然后用匿名对象对cc对象进行拷贝构造
	return 0;
}

二、static成员

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。静态的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？这个时候我们就可以使用static成员变量和static成员函数来实现

//2.1 实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。
class A
{
    
    
public:
	//构造函数
	A()
	{
    
    
		++_scount;
	}
	//拷贝构造函数
	A(const A& a)
	{
    
    
		++_scount;
	}
	
	static int GetAcount()
	{
    
    
		return _scount;
	}
private:
	static int _scount;
};

//初始化在类外
int A::_scount = 0;

void TestA()
{
    
    
	cout << A::GetAcount() << endl;
	A aa;
	A bb;
	A cc(bb);
	cout << A::GetAcount() << endl;
}

2.2 特性

<1> 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例

<2> 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字

<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>静态成员和类的普通成员一样，也有public、protected、private3种访问级别，也可以具有返回值

Q1: 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

不可以，因为静态成员函数没有隐藏的this指针

Q2：非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

可以，因为非静态成员函数含有this指针，指定了静态成员函数的类域

三、C++11的成员初始化新玩法

3.1 为什么？

对于C++98而言，类内自定义的内置类型，编译器会进行初始化，而其他内置类型不会，因此出现则会中初始化方法。
具体查看这篇博客的2.2.7节内容
C++类和对象(中)——类的6个默认成员函数(构造、析构、拷贝构造、赋值运算符重载)

3.2 怎么用？

C++11支持非静态成员变量在声明时进行初始化赋值，但是要注意这里不是初始化，这里是给声明的成员变量缺省值。

//3.C++11的成员初始化新玩法
class B
{
    
    
public:
	B(int b = 0)
		:_b(b)
	{
    
    }
	int _b;
};
class A
{
    
    
public:
	void Print()
	{
    
    
		cout << a << endl;
		cout << b._b << endl;
		cout << p << endl;
	}
private:
	// 非静态成员变量，可以在成员声明时给缺省值。
	int a = 10;
	B b = 20;
	int* p = (int*)malloc(4);
	//静态成员不可以
	static int n;
};
int A::n = 10;

int main()
{
    
    
	A a;
	a.Print();
	return 0;
}

四、友元

• 友元分为：友元函数和友元类
• 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

4.1 友元函数

问题：现在我们尝试去重载operator<<，然后发现我们没办法将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。所以我们要将operator<<重载成全局函数。但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。operator>>同理

//4.1
class Date
{
    
    
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
    
    }
	ostream& operator<<(ostream& _cout)
	{
    
    
		_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;
		return _cout;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
    
    
	Date d(2017, 12, 24);
	d << cout;
	return 0;
}

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。

//4.1
class Date
{
    
    
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
friend istream& operator >> (istream& _cin, Date& d);

public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
    
    }
	ostream& operator<<(ostream& _cout)
	{
    
    
		_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;
		return _cout;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
    
    
	_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
	return _cout;
}

istream& operator >> (istream& _cin, Date& d)
{
    
    
	_cin >> d._year >> d._month >> d._day;

	return _cin;
}

int main()
{
    
    
	Date d(2017, 12, 24);
	cout<<d;
	//Date d1;
	cin >> d;
	cout << d;
	return 0;
}

4.2 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。

• 友元关系是单向的，不具有交换性。
  比如下面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B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。

class Date; // 前置声明
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;
};

五、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。注意此时这个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调用内部类。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。注意友元类的定义，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、枚举成员，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
	{
    
    
	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;
}