类和对象(下篇)(详解)

【本节目标】

1. 再谈构造函数

2. Static成员

3. 友元

4. 内部类

5. 再次理解封装

1. 再谈构造函数

1.1 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。

#include <iostream>
using namespace std;
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。

1.2 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), _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最多只能出现一次(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 A
{
public:A(int a):_a(a){}
private:int _a;
};
class B
{
public:
//初始化列表，对象成员定义的位置B(int a, int& ref):_aobj(a), _ref(ref), _n(10){}
private:A _aobj;// 没有默认构造函数int& _ref;// 引用const int _n; // const 
};
int main()
{int x = 1;//对象整体定义B bb(10,x);return 0;
}

为什么const 类型与引用必须在列表中初始化，因为它们有一个共同特征，必须在定义的时候初始化。而我们知道类里写成员变量的地方，写的是成员变量的声明并非定义。因此成员变量只能在列表处初始化，在函数体类的是赋值并非初始化。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。

这里再回述一下默认构造函数，什么叫默认构造函数呢？不传参的都叫默认构造函数。例如编译器自己生成的，无参的，全缺省的。因此如果自定义类型没有默认构造函数时我们需要像上面一样，显示的调用自定义类型的构造函数。（也就是手动传参）

当然有默认构造函数时我们也能在初始化列表上面写，只不过如果在初始化列表上面写了，就不用缺省值了。例如下面这样，这里用的是10并非1。（但不能多次写，因为每个成员变量在初始化列表中最多只能出现一次）

class A
{
public:A(int a=1):_a(a){}
private:int _a;
};
class B
{
public:
//初始化列表，对象成员定义的位置B(int a, int& ref):_aobj(a), _ref(ref), _n(10){}
private:A _aobj;// 没有默认构造函数int& _ref;// 引用const int _n; // const 
};
int main()
{int x = 1;//对象整体定义B bb(10,x);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。

class Time
{
public:Time(int hour = 0):_hour(hour){cout << "Time()" << endl;}
private:int _hour;
};class Date
{
public:Date(int day){}private:int _day;Time _t;
};int main()
{Date d(1);
}

注意：1.初始化列表和函数体赋值，一般是可以相互配合着使用的。

2.就算初始化列表上什么都没写成员变量也会走初始化列表，因为这是它定义的地方。

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，各位可以想一下下面代码会有什么问题。

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

答案为D，因为编译器是按照声明的顺序初始化的，也就是这里先初始化_a2,再初始化_a1。因此在初始化列表里，用_a1来初始化_a2是错误的，_a1是随机值初始化了_a2。

因此为了防止这种错误，我们写代码时，尽量声明与定义相同顺序。

1.3 explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于接收单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用。接收单个参数的构造函数具体表现：

1. 构造函数只有一个参数

2. 构造函数有多个参数，除第一个参数没有默认值外，其余参数都有默认值

3. 全缺省构造函数

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;//这是一个隐式类型转换，整形转换成自定义类型// 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
}
int main()
{Test();return 0;
}

上述代码可读性不是很好，用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。

这里的隐式类型转换与不同类型的赋值十分相像，都是创建一个为左操作数的类型临时变量（这里是用右操作数的值来创建的），再把临时变量拷贝构造给左操作数。这里隐式类型转换也是一样的，2023这个值创建一个为Date类型的临时变量，再把临时变量拷贝构造给d1。

void Test()
{Date d1(2022);d1 = 2023;//这是一个隐式类型转换，整形转换成自定义类型}

现在的编译器一般都会优化这个过程，例如用2023直接构造一个日期类对象。

class Date
{
public:Date(int year):_year(year){cout << "Date(int year)" << endl;}Date(const Date& yy):_year(yy._year){cout << "Date(const Date & yy)" << endl;}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 = 2023;//这是一个隐式类型转换，整形转换成自定义类型}
int main()
{Test();return 0;
}

在同一个表达式上编译器一般都会优化连续构造。

2. 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。

class A{public:A() { ++_scount; }A(const A& t) { ++_scount; }~A() { --_scount; }static int GetACount() { return _scount; }private:static int _scount;};int A::_scount = 0;void TestA(){cout << A::GetACount() << endl;A a1, a2;A a3(a1);cout << A::GetACount() << endl;}int main(){TestA();return 0;}

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？

3. 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

3.1 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。

#include <iostream>
using namespace std;
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。

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

3.2 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B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。

友元关系不能继承，在继承位置再给大家详细介绍。

class Time
{
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;
};

4. 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，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 // B天生就是A的友元{public:void foo(const A& a){cout << k << endl;//OKcout << a.h << endl;//OK}};};
int A::k = 1;int main()
{A::B b;b.foo(A());return 0;
}

如果sizeof（A）就可以发现A类只占四个字节，究其原因是k是在静态区不算在对象类，由于B类没有定义对象，因此虽然看起来在A类里，其实并不占用A类空间。因此只算h的大小。可以回顾之前所学的B类在没创建对象的时候只是起到一个图纸的效果。但是要访问B类就需要突破A类的限制，因此要用域作用限定符。如果还用了访问限定符，设为了私有那么还要突破访问限定符才能访问。