【C++】类和对象(下篇)---＞再识构造函数，static成员，友元，内部类，匿名对象

企业开发 2023-07-11 19:14:05 阅读次数: 0

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一、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、概念

 2、特性

三、友元

 1、友元函数

 2、友元类

四、内部类

 1、概念

 2、特性

五、匿名对象

六、拷贝对象时的一些编译器优化

一、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。那这个过程是不是成员变量的初始化吗？其实不是的。

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
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)//初始化列表
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

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 Time
{
public:
	A(int hour)
		:_hour(hour)
	{}
private:
	int _hour;
};

class Date
{
public:
	B(int hour, int year)
		:_hour(hour)
		, _year(year)
		, _n(1)
	{}
private:
	Time _hour;  // 没有默认构造函数
	int& _year;  // 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。

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

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();
}

运行结果：

为什么会出现以上的这种情况呢？

  因为在类中声明成员变量时是先声明 _a2，再声明_a1的，尽管在构造函数的初始化列表中 _a1 在_a2 之前，还是_a2先初始化，_a1再初始化，_a2初始化时，_a1还没有初始化，所以是随机数，接下来 _a1被初始化为形参 1。那么最终的输出结果就为 1 和一个随机值。

 3、explicit关键字

explicit 是新的关键字，常用于修饰默认构造函数，限制隐式转换，使得程序运行更加规范。

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 A
{
public:
    A(int a)
        : _a(a)
    {}
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A a1 = 1;
    return 0;
}

  这里的 1 会调用A类的构造函数，隐式类型转换成A类型，接着通过拷贝构造初始化a1，这里编译器会优化成一个构造函数。

class Date
{
public:
    Date(int year, int month = 1, int day = 1)
        : _year(year)
        ,_month(month)
        , _day(day)
    {}
    Date& operator=(const Date& d)
    {
	    if (this != &d)
	    {
		    _year = d._year;
		    _month = d._month;
		    _day = d._day;
	    }
	    return *this;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
int main()
{
    Date d1 = 2023;
    return 0;
}

   此时编译器可以通过编译，这里也会发生隐式类型转换，为了防止这种类型转换可以用 explicit 修饰成员函数，来禁止构造函数的隐式类型转换。

class Date
{
public:
    explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
        : _year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
    {}
    Date& operator=(const Date& d)
    {
	    if (this != &d)
	    {
		    _year = d._year;
		    _month = d._month;
		    _day = d._day;
	    }
	    return *this;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _day;
};
void Test()
{
	Date d1(2022);
	d1 = 2023;
}

   使用 explicit 修饰成员函数后，此时编译则失败，因为 explicit 修饰构造函数，禁止了单参构造函数类型转换的作用。

二、Static 成员

 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。

   首先我们先考虑一个这样的问题说：实现一个类，计算程序中创建了多少个类对象？

class A
{
public:
	A() { ++_count; }
	A(const A& t) { ++_count; }
	static int GetACount() { return _count; }
private:
	static int _count;
};
int A::_count = 0;//静态成员变量在类外初始化
void TestA()
{
	A a1, a2;
	A a3(a1);
	cout << A::GetACount() << endl;
}
int main()
{
	TestA();
	return 0;
}

运行结果：

   我们可以通过静态变量以及静态成员函数的方法更好的解决这个问题。

 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。

【问题】 

1、静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

2、非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

答：静态成员函数不可以调用非静态成员函数，由于静态成员函数没有 this 指针。静态成员函数是属于整个类的，可以通过非静态成员函数去访问。

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

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>>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;
};
int main()
{
	Date d(2023, 7, 7);
	//cout<<d;
	d << cout;//为了让this指针充当第一个参数，所以就这样进行日期输出（只是为了让参数对应起来）
	return 0;
}

运行结果： 

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 = 2000, int month = 1, int day = 9)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//友元函数
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；
  • 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。

 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；

      比如下面的 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
{
    // 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
    friend class Date;   
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;
};

四、内部类

 1、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。

 2、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;
}

五、匿名对象

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)
	{
		//...
		cout << "Sum_Solution(int n)" << endl;
		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
	// A aa1();

	// 定义匿名对象，匿名对象的特点不用取名字，
	// 但是他的生命周期只有这一行，在这一行结束之后就会自动调用析构函数
	A();

	A aa2(2);

	// 匿名对象
	Solution().Sum_Solution(10);
	return 0;
}

六、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。 

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;
}

运行结果： 

对象返回 总结：

  1. 接收返回值对象，尽量拷贝构造方式接收，不要赋值接收；
  2. 函数中返回对象时，尽量返回匿名对象。(减少了一次拷贝构造)

函数传参 总结：

尽量使用const & 传参。

本文要是有不足的地方，欢迎大家在下面评论，我会在第一时间更正。

老铁们，记着点赞加关注!!! 

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