【C++】类和对象(3)

继续学习类和对象的最后一部分知识,主要有初始化列表、static成员、友元、内部类、匿名对象等。

目录

再谈构造函数

构造函数体赋值

初始化列表

explicit关键字

static成员

概念

特性

友元

友元函数

友元类

内部类

匿名对象

拷贝对象时的一些编译器优化


再谈构造函数

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 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。

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), _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.类中包含的以下成员,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)

而对于其他成员,可以在初始化列表,也可以在函数体内,但是建议在初始化列表。 

class Date
{
public://初始化列表Date(int year, int month, int day, int x):_year(year), _month(month), _day(day), _n(1), _ref(x), _aa(1){}//能用初始化列表就用初始化列表
private:int _year = 1;int _month = 1;int _day;//必须走初始化列表const int _n;int& _ref;A _aa;
};int main()
{Date d1(2014, 1, 25,6);return 0;
}

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。因此,建议成员变量声明顺序和初始化列表顺序保持一致

来看一下这样一个程序:

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

答案是D。因为_a2先声明,所以先初始化_a2,为随机值,在初始化_a1为1。 

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。

class Date
{
public:// 1. 单参构造函数,没有使用explicit修饰,具有类型转换作用
// explicit修饰构造函数,禁止类型转换---explicit去掉之后,代码可以通过编译explicit Date(int year):_year(year){}/*// 2. 虽然有多个参数,但是创建对象时后两个参数可以不传递,没有使用explicit修饰,具有类型转换作用// explicit修饰构造函数,禁止类型转换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);// 用一个整形变量给日期类型对象赋值// 实际编译器背后会用2023构造一个无名对象,最后用无名对象给d1对象进行赋值d1 = 2023;// 将1屏蔽掉,2放开时则编译失败,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
}

用explicit修饰构造函数,将会禁止构造函数的隐式转换。

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

面试题:

实现一个类,计算程序中创建出了多少个类对象。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(){_count++;}A(const A& a){_count++;}~A(){_count--;}static int GetCount(){	return _count;}
private:static int _count;
};
int A::_count = 0;int main()
{A a1;A a2;A(a3);cout << A::GetCount() << 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

对于静态成员函数,有两个问题:

1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗?

不可以!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。

2.非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗?

可以!类的静态成员函数是是类的成员,因此非静态成员函数也可以调用类的静态成员函数。

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

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;
}

几点说明:

友元函数可访问类的私有和保护成员,但不是类的成员函
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

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时A的友元。

3.友元关系不能继承(之后细说)

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
{friend class Time;
public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1): _year(year), _month(month), _day(day){_t._minute++;}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。

关于内部类是一个独立的类,它不属于外部类这句话,我们来验证一下:

A类大小是8,而不是12,因此,B不属于外部类。

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{public:void foo(const A& a){cout << k << endl;//OKcout << a.k << endl;//OK}};
};
int A::k = 1;int main()
{A::B b;b.foo(A());return 0;
}

匿名对象

匿名对象,不需要定义对象名字,生命周期只在当前行。 

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;}
};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();// 但是我们可以这么定义匿名对象,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,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,只是为调用Sum_Solution函数Solution().Sum_Solution(10);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。

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