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C++ 类与对象（下）

2023-08-07 108 发布于山西
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简介： ✅<1>主页：我的代码爱吃辣📃<2>知识讲解：C++🔥<3>创作者：我的代码爱吃辣☂️<4>开发环境：Visual Studio 2022💬<5>前言：C++类与对象的收尾工作，初始化列表，static成员，友元，内部类，匿名对象，和编译器优化问题。

一.再谈构造函数

（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 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。

（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
{
  friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
  {
    out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;
    return out;
  }
public:
  Date(int year, int month, int day)
    : _year(year)
    , _month(month)
    , _day(day)
  {}
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
int main()
{
  Date date(1, 1, 1); 
  cout << date;
  return 0;
}



【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:
  B(int a, int ref)
    :_aobj(a) //调用构造函数
    , _ref(ref)
    , _n(10)
  {}
private:
  A _aobj; //没有默认构造函数
  int& _ref; //引用
  const int _n; //const
};



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);
  return 0;
}



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


下列程序的输出结果:

A. 输出1  1
B.程序崩溃
C.编译不通过
D.输出1  随机值


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();
}


523920c6c208410fa8f858586cc28df5.png


解答：_a1 是 1，_a2是随机值，在初始化列表初始化的时候，由于定义的顺序是先是_a2，后是_a1，所以先用_a1初始化_a2，因为_a1还没有初始化，_a1初始化给_a2的是随机值，随后又初始化了_a1的值为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 Date
{
  friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
  {
    out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;
    return out;
  }
public:
  // 1. 单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用
  Date(int year)
  {
    _year = year;
    _month = 0;
    _day = 0;
  }
  // 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
  //Date(int year, int month = 1, int day = 1)
  //{
  //  _year = year;
  //  _month = month;
  //  _day = day;
  //}
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
int main()
{
  //类型转换
  Date date = 100;
  cout << date;
  return 0;
}
int main()
{
  //类型转换
  Date date = 100;
  cout << date;
  return 0;
}



多参数转换 （C++11）

在C++11的时候，就又支持了多参数类型转换。

class Date
{
  friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
  {
    out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;
    return out;
  }
public:
  Date(int year,int month,int day)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
int main()
{
  //类型转换
  Date date = {100,100,100};
  cout << date;
  return 0;
}



如果加上explicit关键字：

class Date
{
  friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
  {
    out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;
    return out;
  }
public:
  // 1. 单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用
  explicit Date(int year)
  {
    _year = year;
    _month = 0;
    _day = 0;
  }
  // 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
  //Date(int year, int month = 1, int day = 1)
  //{
  //  _year = year;
  //  _month = month;
  //  _day = day;
  //}
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
int main()
{
  //类型转换
  Date date = 100;
  cout << date;
  return 0;
}



explicit修饰构造函数，禁止类型转换。


二.static成员

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。

分析：创建一个类对象，要么调用构造函数，要么调用拷贝构造函数，利用一个计数器，统计调用构造函数，和拷贝构造的次数，就可以求出一共创建过多少个类对象.我们可以使用全局变量来计数，也可以使用static静态成员变量来计数。


class A
{
public:
  A() 
  {
    ++_scount; 
  }
  A(const A & t) 
  {
    ++_scount; 
  }
  static int GetACount() 
    { 
        return _scount; 
    }
private:
  static int _scount;
};
//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。
int A::_scount = 0;
A Fun(A a4)
{
  A tmp(a4);
  return tmp;
}
int main()
{
  cout << A::GetACount() << endl;
  A a1, a2;
  A a3(a1);
  Fun(a3);
  cout << A::GetACount() << endl;
  return 0;
}



（1）static 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。

class A
{
public:
  static int GetACount() { return _scount; }
  static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
A Fun(A a4)
{
  A tmp(a4);
  return tmp;
}
int main()
{
  A* ptr = nullptr;
  //因为静态成员变量不属于对象，我们通过空指针访问也不会有问题。
  cout << ptr->_scount<< endl;
  return 0;
}



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。

class A
{
public:
  static int GetACount() { return _scount; }
  static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
A Fun(A a4)
{
  A tmp(a4);
  return tmp;
}
int main()
{
  A* ptr = nullptr;
  A a;
  cout << ptr->_scount<< endl;
  cout << A::_scount << endl;
  cout << a._scount << endl;
  return 0;
}


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？

解答：

  • 不可以直接访问。因为缺少对象的this指针。


  • 如果我们手动添加对象指针参数是不是就可以了呢？手动添加对象的指针参数，不仅可以访问非静态的成员函数，还可以访问非静态成员变量。
class A
{
public:
  void show()
  {
    cout << "void show()" << endl;
  }
  static int GetACount(A*a) 
  {
    a->show();
    cout << a->n << endl;
    return _scount; 
  }
  static int _scount;
  int n = 100;
};
int A::_scount = 0;
int main()
{
  A a;
  a.GetACount(&a);
  return 0;
}



2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗?

解答：

可以调用。

class A
{
public:
  void show()
  {
    cout << "void show()" << endl;
    GetACount();
  }
  static int GetACount() 
  {
    cout << "static int GetACount()" << endl;
    return _scount; 
  }
  static int _scount;
  int n = 100;
};
int A::_scount = 0;
int main()
{
  A a;
  a.show();
  return 0;
}


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三.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。


（1）友元函数

我们之前尝试去重载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。

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
{
  //友元函数
  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;
}


1a9a846df38443c184d238c253865e94.png


说明：


1.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。


因为友元函数本身就是外部函数。

2.友元函数不能用const修饰。


因为友元函数，是非成员函数是不可以用，const修饰的，因为const修饰的是*this。

3.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。

4.一个函数可以是多个类的友元函数。

5.友元函数的调用与普通函数的调用原理相同。


（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。

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
{
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;
  }
  void Show()
  {
    cout << _year << "/" << _month << "/" << _day 
      << " " << _t._hour << ":" << _t._minute << ":" << _t._second << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
  Time _t;
};
int main()
{
  Date d(2023, 2, 11);
  d.SetTimeOfDate(10, 0, 0);
  d.Show();
  return 0;
}


9cb93d25fb7543bbb4c73441f073a507.png


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，在继承位置再给大家详细介绍。


四.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。

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;
}



说明：这里的a类中的h为啥是0，因为我们并没有对A类型进行实例化，所以此时的类a中的h也就相当于是一个全局变量。全局变量在没有初始化的时候，默认是0.


特性：


内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。

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。

sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。


五.匿名对象

匿名对象的特点是，不用取对象的名字，但是他的生命周期只有这一行。


cb7a3273c2dd4027b6bc69c668db51d5.gif


我们可以看到下一行他就会自动调用析构函数。

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

class Solution {
public:
  int Sum_Solution(int n) {
    //...
    return n;
  }
};
int main()
{
  cout << Solution().Sum_Solution(10) << endl;
  return 0;
}


b54082c01070407bae0ea2a534dd9751.png


我们无需显示创建对象，就可以链式访问类的成员。


六.拷贝对象时的一些编译器优化

下面我们针对在拷贝的时候编译器的优化情况，我们这里的编译器优化主要是VS2022。


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,先构造，再拷贝构造。
  A aa1;
  f1(aa1);
  cout << endl;
  // 传值返回，先构造，再拷贝构造。
  f2();
  cout << endl;
  // 隐式类型，未优化：先构造，再拷贝构造 -> 优化为直接构造。
  f1(1);
  // 一个表达式中，先构造，再拷贝构造 -> 优化为一个构造。
  f1(A(2));
  cout << endl;
  // 一个表达式中，先构造，再拷贝构造，再拷贝构造 ->优化为 构造+拷贝构造。
  A aa2 = f2();
  cout << endl;
  // 一个表达式中，先构造，再拷贝构造，再赋值重载 ->无法优化。
  aa1 = f2();
  cout << endl;
  return 0;
}


11fdcc18ceaa4b828eafc22b1798d032.png


七.再次理解类和对象

现实生活中的实体计算机并不认识，计算机只认识二进制格式的数据。如果想要让计算机认识现

实生活中的实体，用户必须通过某种面向对象的语言，对实体进行描述，然后通过编写程序，创

建对象后计算机才可以认识。比如想要让计算机认识洗衣机，就需要：


1. 用户先要对现实中洗衣机实体进行抽象---即在人为思想层面对洗衣机进行认识，洗衣机有什

么属性，有那些功能，即对洗衣机进行抽象认知的一个过程。

2. 经过1之后，在人的头脑中已经对洗衣机有了一个清醒的认识，只不过此时计算机还不清

楚，想要让计算机识别人想象中的洗衣机，就需要人通过某种面相对象的语言(比如：C++、

Java、Python等)将洗衣机用类来进行描述，并输入到计算机中。

3. 经过2之后，在计算机中就有了一个洗衣机类，但是洗衣机类只是站在计算机的角度对洗衣

机对象进行描述的，通过洗衣机类，可以实例化出一个个具体的洗衣机对象，此时计算机才

能洗衣机是什么东西。

4. 用户就可以借助计算机中洗衣机对象，来模拟现实中的洗衣机实体了。


在类和对象阶段，大家一定要体会到，类是对某一类实体(对象)来进行描述的，描述该对象具有那

些属性，那些方法，描述完成后就形成了一种新的自定义类型，才用该自定义类型就可以实例化

具体的对象。


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本内容主要讲解C++中的初始化列表、类型转换、静态成员、友元、内部类、匿名对象及对象拷贝时的编译器优化。初始化列表用于成员变量定义初始化，尤其对引用、const及无默认构造函数的类类型变量至关重要。类型转换中，`explicit`可禁用隐式转换。静态成员属类而非对象，受访问限定符约束。内部类是独立类，可增强封装性。匿名对象生命周期短，常用于临时场景。编译器会优化对象拷贝以提高效率。最后，鼓励大家通过重复练习提升技能！
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羑悻的小杀马特
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类和对象的简述（c++篇）
类和对象的简述（c++篇）
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