C++：类和对象（下）

目录

1. 再谈构造函数

1.1构造函数题赋值

1.2初始化列表

初始化列表有什么用呢?

1.3 explicit关键字

2. Static成员

2.1概念

2.2特性

3. 友元

3.1友元函数

3.2友元类

4. 内部类(了解)

5.匿名对象

6.拷贝对象时的一些编译器优化

学习目标

  • 1. 再谈构造函数
  • 2. Static成员
  • 3. 友元
  • 4. 内部类
  • 5.匿名对象
  • 6.拷贝对象时的一些编译器优化

1. 再谈构造函数

1.1构造函数题赋值

构造函是编译器调用其时，给对象中各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;
};

调用该函数后，对象中的成员变量会得到一个初始值，但是不能叫初始化

原因：初始化只能初始化一次，构造体函数内可以多次赋值（上述操作只能被成为赋值）

1.2初始化列表

语法：以一个冒号(:)开始，用逗号(‘，’)分割成员列表，成员变量的后面跟一个放在括号中的初始值或表达式

示例：

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

注：

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：

  • 引用的成员变量
  • const成员变量
  • 自定义类型成员（且该类没有构造函数）


原因：

--引用的成员变量：引用必须在定义的时候初始化

--const成员变量：const必须在定义的时候初始化(只有一次机会)

--自定义类型成员（没有默认构造函数）必须初始化：和下面类似，若Date类里面有一个自定义类型的成员变量 Time _t ,若其没有适合的构造函数，会使得Date的实例化不了，所以其必须初始化

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

示例：

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，类里先声明了_a2,先初始化_a2，_a2是用_a1初始化（_a1此时是随机值),

                                           然后初始化_a1, _a1用1初始化

所以最后，_a1 = 1, _a2  = 随机值；

初始化列表有什么用呢?

原来的构造函数是函数体内初始化，总会面临一些不好处理的情况（如下）,因此引入初始化列表解决问题

--可以用来处理默认构造函数不适配的情况，当一个类(Time)给了一个不适配的构造函数，我们可以用初始化列表处理这个类

问题引入：现给一个Time类，提供一个带参数的构造函数，Date类里面包含Time类，我们该如何初始化Time类？

1.正常情况：Time类没有默认构造函数，编译器要处理自定义类型，会生成一个默认构造函数，但编译器又不会处理内置类型

示例：

class Time 
{
public://不给构造函数
private:int _hour;
};class Date
{
public:private:int _year;Time _t;
};int main() 
{Date d1;//Date和Time类都不给默认构造函数return 0;
}

这里看起来编译器什么都没做：

实际上--用Date去实例化d1，它的成员变量_year(不处理),

_t(自定义类型Time)--去调用它的默认构造函数，但Time没给默认构造函数，所以编译器自动生成一个默认构造函数，但其不会处理内置类型，Time的成员变量又是内置类型

所以看起来编译器什么都没做

2.Time类给一个不适配的构造函数：

class Time 
{
public:Time(int hour) //给个不适配的构造函数{_hour = hour;}
private:int _hour;
};class Date
{
public:private:int _year;//Time _t;
};int main() 
{Date d1;return 0;
}

这里就会发现，我们处理不了Time类,并且实例化不了Date类

然后我们使用初始化列表解决：

class Time 
{
public:Time(int hour) //不适配的构造函数{_hour = hour;}
private:int _hour;
};class Date
{
public://要初始化_t只能通过初始化列表Date(int year, int hour):_t(hour)//初始化列表解决自定义类型成员变量没有构造函数的情况{_year = year;}private:int _year;Time _t;
};int main() 
{Date d(2023,1);//给Date构造函数传值return 0;
}

这里就解决了，自定义类型的成员变量没有构造函数的情况

总结

1.自定义类型成员，推荐使用初始化列表初始化

2.初始化列表可以认为是成员变量定义的地方

1.3 explicit关键字

功能：explicit是阻止隐式类型转换的

隐式类型转换：

int i = 10;
double d = i;
//会产生临时变量tmp，把i转换为double类型后再拷贝给d

验证：

int i = 10;
double& d = i;
//这里引用是引用的临时变量，临时变量具有常性，不能引用

这里加个const也行，因为现在是权限的平移(const 修饰的变量不能修改，常量也不能修改，加上const后再引用也不能修改)

有什么用呢？示例：

现在加上const：

这里做到的优化：可以不用构造一个string对象就能传参

也说明了：传参尽量用引用，用引用尽量加上const

传引用相比于传值调用：不用创建临时变量去拷贝，会更快一些

接下来看下面这段代码：

class Date
{
public://构造函数Date(int year):_year(year){cout << "Date(int year)" << endl;}//拷贝构造Date(const Date& d) {cout << "Date(const Date& d)" << endl;}private:int _year;
};int main() 
{Date d1(2023);//直接调用构造Date d2 = 2023;//构造 + 拷贝构造 + 优化  ==》 直接调用构造（隐式类型转换）return 0;
}

   1-- Date d1(2023);//直接调用构造
   2--Date d2 = 2023;//构造 + 拷贝构造 + 优化  ==》 直接调用构造（隐式类型转换）

   2中会先创建一个Date类型的临时变量tmp，然后把2023转换为Date类型拷贝构造给d2

现在在构造函数上为其加上  explicit关键字，就能阻止隐式类型的转换

class Date
{
public://构造函数explicit Date(int year)//加上explicit:_year(year){cout << "Date(int year)" << endl;}//拷贝构造Date(const Date& d) {cout << "Date(const Date& d)" << endl;}private:int _year;
};int main() 
{Date d1(2023);//直接调用构造Date d2 = 2023;//构造 + 拷贝构造 + 优化  ==》 直接调用构造（隐式类型转换）return 0;
}

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。

注：静态成员变量一定要在类外进行初始化

问题1：实现一个类，来计算程序创建了多少个类对象

class A 
{
public:A() { ++_count; }//构造函数A(const A& a) { ++_count; }//拷贝构造函数~A() { --_count; }//析构函数//private:static int _count;//声明int _a;
};//类外定义初始化
int A::_count = 0;

2.2特性

  • 1. 静态成员为所有类对象所共享，也属于类，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

静态成员为所有类对象所共享:

A a1;
A a2;
A a3;

这里使用A类实例化了3个对象，_count是静态成员变量，这3个类对象共享

                                                ，_a是每个对象独立有的

若static修饰的成员变量是私有的，我们该怎么访问呢？

--可以使用static修饰的成员函数来获取：

class A 
{
public:A() { ++_count; }//构造函数A(const A& a) { ++_count; }//拷贝构造函数~A() { --_count; }//析构函数//静态成员函数    ---   没有this指针static int GetCount() {return _count;}private://静态成员变量，属于整个类，在静态区static int _count;//声明int _a;
};//类外定义初始化
int A::_count = 0;int main() 
{A a1;cout << A::GetCount() << endl;return 0;
}

问题：
1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

--不能，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，静态成员函数为所有类对象所共享

2.设计一个只能在栈上定义的对象的类

示例

class StackOnly 
{
public:static StackOnly CreateObj() {StackOnly s;return s;}private:StackOnly()//构造函数:_x(0),_y(0){}
private:int _x;int _y;
};int main() 
{//显示定义的构造函数不加private，创建的对象可以在栈，静态区//StackOnly s1;		//栈上//static StackOnly s2;//静态区上//显示定义构造函数并加上private，让其只能通过调用成员函数来创建对象//要调用这个函数我们加上static即可StackOnly s = StackOnly::CreateObj();return 0;
}

3. 友元

        说明：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

        分类：友元函数和友元类

3.1友元函数

功能：友元函数可以直接访问类的私有成员，

语法：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。

示例：

class A 
{friend int sum(const A& a);
public:private:int _a;int _b;
};int sum(const A& a) 
{return a._a + a._b;
}

补充：

  • 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。

如：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

4. 内部类(了解)

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。

示列

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;
}

5.匿名对象

语法：

Date(2023);//匿名对象

特点：生命周期只有这一行

作用：当我们只想调用类里面的函数的时候，就可以使用匿名对象，而不用实例化对象

//使用匿名对象调用类里的成员函数Date().PrintYear(2023);//实例化对象调用类里的成员函数Date d1(2023);d1.PrintYear(2023);

6.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

优化：连续一个表达式步骤中，连续的构造一般都会优化：例如构造+拷贝构造 --> 构造

class A
{
public:A(int a = 0)//构造:_a(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(const A& aa)//拷贝构造:_a(aa._a){cout << "A(const A& aa)" << endl;}A& operator=(const A& aa)//运算符重载{cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;if (this != &aa){_a = aa._a;}return *this;}~A()//析构{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;
}

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