【C++初阶】---类和对象（下）

1.再探构造函数（初始化链表）

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•之前我们实现构造函数时，初始化成员变量主要使⽤函数体内赋值，构造函数初始化还有⼀种⽅式，就是初始化列表，初始化列表的使⽤⽅式是以⼀个冒号开始，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://初始化列表//括号中可以是初始值或表达式Date(int year = 10, int month = 10, int day = 10):_year(1)//_year(1+3), _month(1), _day(1){}void Print(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};

• 每个成员变量在初始化列表中只能出现⼀次，语法理解上初始化列表可以认为是每个成员变量定义初始化的地⽅。

class Date
{
public://初始化列表Date(int year = 10, int month = 10, int day = 10)//定义:_year(), _month(1), _day(1)，_year(1)//重复定义{}void Print(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}
private://声明int _year;int _month;int _day;
};int main()
{//定义Date d1;d1.Print();return 0;
}

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• 引⽤成员变量，const成员变量，没有默认构造的类类型变量，必须放在初始化列表位置进⾏初始化，否则会编译报错。

class Time
{
public://是构造函数，但不是默认构造Time(int hour):_hour(hour){cout << "Time()" << endl;}
private:int _hour;
};class Date
{
public://初始化列表Date(int year = 10, int month = 10, int day = 10):_year(), _month(1), _day(1){}void Print(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}
private://成员变量int _year;int _month;int _day;int& _ra;	 //引用成员变量const int _b;//const成员变量Time _t;	 //没有默认构造的类类型变量
};

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• C++11⽀持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显⽰在初始化列表初始化的成员使⽤的。

class Date
{
public://初始化列表Date(int year = 10, int month = 10, int day = 10):_year(1), _month(1)//这里没有初始化_day,_day会初始化成其缺省值10{}void Print(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;}
private://给每个成员都给上一个缺省值int _year = 10;int _month = 10;int _day = 10;
};

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• 尽量使⽤初始化列表初始化，因为那些你不在初始化列表初始化的成员也会⾛初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会⽤这个缺省值初始化。如果你没有给缺省值，对于没有显⽰在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器，C++并没有规定。对于没有显⽰在初始化列表初始化的⾃定义类型成员会调⽤这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误。
• 初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进⾏初始化，跟成员在初始化列表出现的的先后顺序⽆关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持⼀致。

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a)//因为_a2先声明的，所以_a2先初始化，_a1后初始化:_a1(a), _a2(_a1){}void Print() {cout << _a1 << " " << _a2 << endl;}
private://声明int _a2 = 2;int _a1 = 2;
};int main()
{A aa(1);aa.Print();
}

_a2先初始化，初始化成_a1，但_a1还没初始化，所以是随机值，_a1初始化成a，a我们传的是1，所以_a1初始化成1
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初始化列表总结：

1.⽆论是否显⽰写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表；
2.⽆论是否在初始化列表显⽰初始化成员变量，每个成员变量都要⾛初始化列表初始化；
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2.类型转换(构造+拷贝构造)

• C++⽀持内置类型隐式类型转换为类类型对象，需要有相关内置类型为参数的构造函数。

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a = 0):_a1(a){}void Print(){cout << _a1 << endl;}
private:int _a1;
};int main()
{//正常构造A a1(1);a1.Print();//隐式类型转换A a2 = 2;a2.Print();return 0;
}

int i = 1;
double b = i;
//类型转换会生成临时变量，临时变量具有常性，需要加const
const double& c = i;const A& ra = 1;

2会构造成一个A类型的临时变量，然后把这个临时变量拷贝构造给aa2
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• 构造函数前⾯加explicit就不再⽀持隐式类型转换。

	explicit A(int a = 0):_a1(a){}

• 类类型的对象之间也可以隐式转换，需要相应的构造函数⽀持。

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a1 = 0):_a1(a1){}void Print(){cout << _a1 << endl;}
private:int _a1;
};class Stack
{
public:void Push(const A& aa){//...}
private:A _arr[10];int _top;int _capacity;
};int main()
{Stack st;//正常写法A aa1(1);st.Push(aa1);//隐式类型转换st.Push(2);return 0;
}

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• C++11之后是支持多参数类型转换的

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:A(int a1 = 0, int a2 = 0):_a1(a1),_a2(a2){}void Print(){cout << _a1 << " " << _a2 << endl;}
private:int _a1;int _a2;
};int main()
{//正常构造A a1(1, 1);a1.Print();//C++11支持多参数类型转换A a2 = { 2,2 };a2.Print();return 0;
}

3.static成员

• ⽤static修饰的成员变量，称之为静态成员变量，静态成员变量⼀定要在类外进⾏初始化。

class A
{
public:
private://静态成员变量static int _a;static int _b;
};//在类外初始化
int _a = 1;
int _b = 2;

• 静态成员变量为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，不存在对象中，存放在静态区。

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public:
private:static int _a;static int _b;
};//需指定类
int A::_a = 1;
int A::_b = 2;int main()
{//计算类的大小cout << sizeof(A) << endl;return 0;
}

我们发现A类的大小是1字节，而这个1字节是为了占位标识对象的存在，也就是说对象中不包含静态成员变量。
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• ⽤static修饰的成员函数，称之为静态成员函数，静态成员函数没有this指针。
• 静态成员函数中可以访问其他的静态成员，但是不能访问⾮静态的，因为没有this指针。
• ⾮静态的成员函数，可以访问任意的静态成员变量和静态成员函数。

class A
{
public://void Print1(A* const this) 有this指针void Print1(){++_c;++_a;cout << _c << _a << endl;}//静态成员函数，无this指针static void Print2(){++_a;//++_c; 无法访问非静态成员变量}
private:static int _a;static int _b;int _c;//非静态成员
};int _a = 1;
int _b = 2;

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• 突破类域就可以访问静态成员，可以通过类名::静态成员或者对象.静态成员来访问静态成员变量和静态成员函数。(前提是静态成员是公开的)
（注意：类名::非静态成员和对象.非静态成员是不行的）
• 静态成员也是类的成员，受public、protected、private访问限定符的限制。
• 静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是个构造函数初始化列表的，静态成员变量不属于某个对象，不⾛构造函数初始化列表。

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public://void Print1(A* const this) 有this指针void Print1(){++_c;++_a;cout << _c << _a << endl;}//静态成员函数，无this指针static void Print2(){++_a;//++_c; 无法访问非静态成员变量}
//private:static int _a;//静态成员变量不能给缺省值static int _b;int _c = 1;//非静态成员变量可以给缺省值
};int _a = 1;
int _b = 2;int main()
{A a;a.Print2();//对象.静态成员A::Print2();//类名::静态成员cout << A::_a << a._a << endl;return 0;
}

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4.友元

• 友元提供了⼀种突破类访问限定符封装的⽅式，友元分为：友元函数和友元类，在函数声明或者类声明的前⾯加friend，并且把友元声明放到⼀个类的⾥⾯。
• 外部友元函数可访问类的私有和保护成员，友元函数仅仅是⼀种声明，他不是类的成员函数。
• 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。
• 友元类中的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私有和保护成员。
• 友元类的关系是单向的，不具有交换性，⽐如A类是B类的友元，但是B类不是A类的友元。
• 友元类关系不能传递，如果A是B的友元，B是C的友元，但是A不是C的友元。
• 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。

#include<iostream>
using namespace std;class B;//声明，因为friend void Print(const A& aa, const B& bb);//B是A的友元类，但A不是B的友元类，A不能访问B的成员变量
class A
{//友元函数friend void Print(const A& aa, const B& bb);//友元类friend class B;
public:A(int a1 = 10, int a2 = 10):_a1(a1),_a2(a2){}
private:int _a1;int _a2;
};//B是A的友元类，B的所有成员函数都可以访问A的成员变量
class B
{friend void Print(const A& aa, const B& bb);
public:B(int b1 = 20, int b2 = 20):_b1(b1),_b2(b2){}void PrintB(const A& aa){cout << aa._a1 << endl;}private:int _b1;int _b2;
};//Print既是A的友元函数也是B的友元函数
void Print(const A& aa, const B& bb)
{cout << aa._a1 << " " << aa._a2 << endl;cout << bb._b1 << " " << bb._b2 << endl;
}int main()
{A aa;B bb;Print(aa,bb);bb.PrintB(aa);return 0;
}

5.内部类

• 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，跟定义在全局相⽐，内部类只是受外部类类域限制和访问限定符限制，所以外部类定义的对象中不包含内部类。
• 内部类默认是外部类的友元类。
• 内部类本质也是⼀种封装，当A类跟B类紧密关联，A类实现出来主要就是给B类使⽤，那么可以考虑把B类设计为A的内部类，如果放到private/protected位置，那么B类就是A类的专属内部类，其他地⽅都⽤不了。

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
//加上private或者protcect，B就是A的专属内部类了
public://B默认是A的友元类class B{public:void func(const A& aa){cout << _a1 <<endl;//非静态成员引用必须与特定对象相对cout << aa._a2 << endl;}private:int _b;};private:static int _a1;int _a2 = 2;
};int A::_a1 = 1;int main()
{cout << sizeof(A) << endl;//B b;  无法创建对象A::B b;A aa;b.func(aa);return 0;
}

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6.匿名对象

• ⽤类型(实参)定义出来的对象叫做匿名对象，相⽐之前我们定义的类型对象名(实参)定义出来的叫有名对象
• 匿名对象⽣命周期只在当前⼀⾏，⼀般临时定义⼀个对象当前⽤⼀下即可，就可以定义匿名对象。

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public://默认构造A(int a1=0,int a2=0):_a1(a1),_a2(a2){}//析构~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a1;int _a2;
};class Solution
{
public:int Sum_Solution(int n){return n;}
};int main()
{A aa;//有名对象//匿名对象,⽣命周期只有这⼀⾏A();A(1);//正常写法Solution st;cout << st.Sum_Solution(10) << endl;//使用匿名函数，更方便cout << Solution().Sum_Solution(10) << endl;return 0;
}

sort函数

sort会对[first,last)区间的元素进行排序，默认是升序

#include<algorithm>
#include<iostream>
using namespace std;bool myfunction(int i, int j) { return (i > j); }int main()
{int a[] = { 32,71,12,45,26,80,53,33 };//sort会对[first,last)区间的元素进行排序，默认是升序//<升序sort(a, a + 8);//>降序sort(a, a + 8, myfunction);return 0;
}

qsort函数

#include<iostream>
using namespace std;//比较函数
int compare(const void* a, const void* b)
{return (*(int*)a - *(int*)b);//升序//return (*(int*)b - *(int*)a);//降序
}int main()
{int values[] = { 40, 10, 100, 90, 20, 25 };qsort(values, 6, sizeof(int), compare);for (int i = 0; i < 6; i++)cout << values[i] << " ";cout << endl;return 0;
}

7.对象拷贝时的编译器优化

• 现代编译器会为了尽可能提⾼程序的效率，在不影响正确性的情况下会尽可能减少⼀些传参和传返回值的过程中可以省略的拷⻉。
• 如何优化C++标准并没有严格规定，各个编译器会根据情况⾃⾏处理。当前主流的相对新⼀点的编译器对于连续⼀个表达式步骤中的连续拷⻉会进⾏合并优化，有些更"激进"的编译器还会进⾏跨⾏跨表达式的合并优化。
• linux下可以将下⾯代码拷⻉到test.cpp⽂件，编译时⽤ g++ test.cpp -fno-elideconstructors的⽅式关闭构造相关的优化。

//代码1：类型转换的优化
#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public://构造A(int a = 0){cout << "A(int a)" << endl;}//拷贝构造A(const A& aa){cout << "A(const A& aa)" << endl;}//析构~A(){cout << "~A()" << endl;}void Print(){cout << _a1 << endl;}
private:int _a1;
};int main()
{//隐式类型转换//2会构造成一个A类型的临时变量，然后把这个临时变量拷贝构造给a2//优化以后就是直接拿2进行构造了A a2 = 2;cout << endl;//1构造一个临时对象，然后ra引用，不存在拷贝构造const A& ra = 1;cout << endl;return 0;
}

//代码2：传值传参的优化
#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public://构造A(int a = 0){cout << "A(int a)" << endl;}//拷贝构造A(const A& aa){cout << "A(const A& aa)" << endl;}//析构~A(){cout << "~A()" << endl;}void Print(){cout << _a1 << endl;}
private:int _a1;
};//传值传参会产生拷贝，如果想减少拷贝，可以用引用传参
//void f1(A& aa)
void f1(A aa)
{}int main()
{//传参//这里不会优化，因为不是连续的，会走构造和拷贝构造//有些更"激进"的编译器还会进⾏跨⾏跨表达式的合并优化。A aa;//构造f1(aa);//拷贝构造cout << endl;//构造一个匿名对象，然后拷贝构造，会优化成直接构造f1(A(1));cout << endl;//1会构造一个临时对象，然后临时对象拷贝构造给f1,会优化成直接构造f1(1);cout << endl;return 0;
}

//代码3：传值返回的优化
#include<iostream>
using namespace std;class A
{
public://构造A(int a = 0){cout << "A(int a)" << endl;}//拷贝构造A(const A& aa){cout << "A(const A& aa)" << endl;}//析构~A(){cout << "~A()" << endl;}void Print(){cout << "A::Print()->" << _a1 << endl;}//赋值运算符重载A& operator=(const A& aa){_a1 = aa._a1;cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;return *this;}A& operator++(){++_a1;return *this;}private:int _a1 = 1;
};A f2()
{//构造+拷贝构造//22这里比较激进，优化了，没有构造aa，直接构造临时对象去了A aa;//vs22Debug，尽管改变对象aa，依旧会优化//++aa;return aa;//传值传参返回，会产生临时拷贝
}int main()
{//利用返回的临时对象调用成员函数f2().Print();cout << endl;//调用f2()时构造aa，再拷贝构造临时对象，然后用临时对象拷贝构造retA ret = f2();ret.Print();cout << endl;A tmp;tmp = f2();//这里是赋值重载tmp.Print();cout << endl;return 0;
}