类与对象(下)

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。

class A
{
public:A(int a1=1, int a2=2)     //给缺省值{_a1=a1;_a2=a2}void Print() {cout << _a1 << " " << _a2 << " " << x << endl;}
private:int _a1;         //声明int _a2;
};
int main()
{A aa;            //对象整体的定义aa.Print();return 0;
}

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 A
{
public:A():_a1(1)         //初始化列表,_a2(2){}void Print() {cout << _a1 << " " << _a2 << " " << x << endl;}
private:int _a1 = 1;         //给缺省值int _a2 = 2;
};
int main()
{A aa;                //对象整体的定义aa.Print();return 0;
}

当然可以在类成员变量声明时按照C++11语法给缺省值但这不叫定义， 叫给缺省值 定义就是按照初识化列表方式给成员初始值或表达式 既有缺省值又有初始化列表的定义时, 使用初始化列表定义的值

根据构造函数的特点, 对内置类型不处理(生成默认构造函数会时成员变量为随机值), 自定义类型调用它的构造函数,完全可以不定义变量的值, 让编译器自己处理, 又为什么要引入初始化列表的这种定义方式呢? 因为会出现例外情况

特点

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)

以上3个成员变量在初始化列表不初始化时, 会编译报错

class B
{
public:B(int)         //不是自定义类型成员的默认构造函数(无参或者全缺省):_b(0){cout << "B()" << endl;}
private:int _b;
};class A
{
public:A():_a1(1), _a2(2), ref(_a1), x(5)      //const修饰的变量必须在定义的位置初始化,_bb(1){}void Print(){cout << _a1 << " " << _a2 << " " << x << endl;}
private:int _a1;         int _a2;const int x;    int& ref;B _bb;
};
int main()
{A aa;               aa.Print();return 0;
}

自定义类型成员有默认构造函数

class B
{
public:B()            //是自定义类型成员的默认构造函数(无参或者全缺省):_b(0){cout << "B()" << endl;}
private:int _b;
};class A
{
public:A():_a1(1), _a2(2){}
private:int _a1;         int _a2;B _bb;      //自定义类型成员有默认构造函数, 可以不用在初识化列表初始化
};
int main()
{A aa;               return 0;
}

推荐

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。

坑

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)        //先用_a1去初始化_a2,再用a去初始化_a1{}void Print() {cout << _a1 << " " << _a2 << endl;    //输出1和随机值}
private:int _a2;int _a1;
};
int main() {A aa(1);aa.Print();
}

该程序运行一看以为运行结果是1和1，但其实结果是1和随机值, 按照初始化列表初始化顺序, 先用 _ a1去初始化 _ a2，所以 _ a2是随机值, 再用a去初始化 _a1, 所以 _a1值为1

1.3 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 A
{
public:A(int a):_a1(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(const A& aa):_a1(aa._a1){cout << "A(const A& aa)" << endl;}private:int _a2;int _a1;
};int main()
{A aa1(1);             //构造函数A aa2 = 1;            //隐式类型转换    构造 + 拷贝构造 + 优化 -> 构造const A& ref= 10;int i = 1;double d = i;         //隐式类型转换return 0;
}

class A
{
public:explicit A(int a)      //explicit修饰构造函数，禁止类型转换:_a1(a){cout << "A(int a)" << endl;}explicit A(int a1, int a2):_a1(a1),_a2(a2){}private:int _a2;int _a1;
};int main()
{// 单参数构造函数 C++98A aa1(1);             // 多参数构造函数 C++11A aa2(1, 1);A aa3={1, 1};const A& ref={1, 1};return 0;
}

用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换

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。

解法1

可以通过定义一个全局变量count来计算, 但是这里注意两个问题:

1. 不要直接展开std的命名空间, 否则count会和库里面冲突, 可以使用using将std命名空间中常用成员引入

主要问题:

2. 这里用全局变量count是可以计算创建了多少类对象, 但是全局变量可以随意更改, 很容易导致结果出错

#include<iostream>
using std::cout
using std::endlint count = 0;class A
{
public:A(int a = 0){++count;}A(const A& aa){++count;}};
void func(A a)
{}
int main()
{A aa1;A aa2(aa1);func(aa1);A aa3 = 1;//缺陷:   谁都可以修改//count++;//count++;//count++;cout << count << endl;return 0;
}

解法2

1. 在类里面定义一个私有的static变量, 在类的外面去定义初始化, 解决了count与std 命名冲突问题, 这时count属于类, 受类域的限制
2. static静态变量是私有的, 不能直接在类外面访问, 在类中写一个GetCount函数通过调用此函数来获取类中对象的个数

class A
{
public:A(int a = 0){++count;}A(const A& aa){++count;}int GetCount()       //只能读, 不能写{return count;}
private://不属于某个对象, 属于所有对象, 属于整个类//不会与std冲突, count属于类, 受类域的限制static int count;          //声明
};
int A::count = 0;    //定义初始化void func(A a)
{}int main()
{A aa1;A aa2(aa1);func(aa1);A aa3 = 1;cout << aa3.GetCount() << endl;return 0;
}

如果static 变量定义的count是公有的, 不用写GetCount函数, 可以这样调用

class A
{
public:A(int a = 0){++count;}A(const A& aa){++count;}static int count;          //声明
};
int A::count = 0;    //定义初始化void func(A a)
{}
int main()
{A aa1;A aa2(aa1);func(aa1);A aa3 = 1;//公有情况下几种调用方式://静态成员, 直接去静态区找cout << A::count << endl;       //属于类cout << aa3.count << endl;      //属于对象A* ptr = nullptr;cout << ptr->count << endl;     //没有解引用, static变量不在指向的对象里面, 静态区里面找return 0;
}

解法3(重要)

使用静态成员函数, 将GetCount函数改成静态的, 如果main函数中没有对象, 创建对象计算时计算结果要减1，此解法不用像上面解法一样, 为了计算类成员个数专门创建对象, 直接调用静态的GetCount函数来获取

class A
{
public:A(int a = 0){++count;}A(const A& aa){++count;}//静态成员函数 --- 没有this指针static int GetCount()       {//_a++;                 //静态成员函数中不能访问非静态成员return count;}
private:static int count;      int _a;
};
int A::count = 0;    //定义初始化
void func()
{A aa1;A aa2(aa1);A aa3 = 1;A aa4[10];      //数组里面10个对象   调用n次构造函数
}
int main()
{func();//A aa;//cout << aa.GetCount()-1 << endl;       //为了调用函数创建的对象cout << A::GetCount()<< endl;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

静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？不可以（如果非要访问，需要传递this指针 / 对象/对象地址）

非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？可以

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。

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 d1(1900, 1, 2);d1<<cout;       //d1 << cout; -> d1.operator<<(&d1, cout); 不符合常规调用
}

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。

//date.hclass Date
{   //友元声明friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);public:Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1);private:int _year;int _month;int _day;
};//流插入
inline ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;return out;
}//流提取
inline istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{in >> d._year >> d._month >> d._day;return in;
}//test.c#include "Date.h"
int main()
{Date d1(2022,2,17);cout<<d1;//可以正常使用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(const 修饰的是*this, 只有非静态成员函数才能被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。

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。(单向关系)
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(后续介绍)。

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
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。

4.1

class A
{
private:int h;
public://内部类 --- 跟A是独立的, 只是受A的类域限制class B {private:	int b;};
};
int main()
{A aa;cout << sizeof(A)<<endl;      // sizeof(A) = 4A::B bb;        //定义B对象需要这样定义return 0;
}

内部类B的访问权限为private时, 是受类访问权限约束的, 不能去访问。此时访问会编译报错

class A
{
private:int h;
private://内部类 class B {private:	int b;};
};
int main()
{A aa;cout << sizeof(A)<<endl;A::B bb;return 0;
}

4.2

class A
{
private:static int k;int h;
public://B天生就是A的友元, 可以访问A中的成员class B {public:	void foo(const A& a){cout << k << endl;//OKcout << a.h << endl;//OK}private:int b = 2;};
};
int A::k = 1;
int main()
{A aa;cout << sizeof(A)<<endl;A::B bb;return 0;
}

5. 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

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;}
};
A func()
{int n;cin >> n;int ret = Solution().Sum_Solution(n);//创建对象返回//A retA(ret);//return retA;//返回匿名对象return A(ret);     
}
int main()
{//A aa1;//匿名对象, 生命周期只有一行A();//A aa2(2);// 匿名对象在这样场景下就很好用，当然还有一些其他使用场景，这个我们以后遇到了再说cout<<Solution().Sum_Solution(10)<<endl;return 0;
}

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，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;
}

总结