【C++】类和对象（下）（2）-阿里云开发者社区

👉static 成员👈

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。

特性

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

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

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

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

静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制

static 成员变量在对象生成之前生成

那 static 成员有什么用呢？我们先来看一道面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

#include <iostream>
using namespace std;
int N = 0;
class A
{
public: 
  A(int a = 10)
    :_a(a)
  {
    ++N;
  }
  A(const A& aa)
    :_a(aa._a)
  {
    ++N;
  }
private:
  int _a;
};
void Func1(A aa)
{}
A Func2()
{
  A aa;
  return aa;
}
int main()
{
  A aa1(1);
  A aa2 = 2;
  A aa3 = aa1;
  cout << N << endl;
  Func1(aa1);
  cout << N << endl;
  Func2();
  cout << N << endl;
  return 0;
}

通过全局变量计数的方式，就可以知道一个程序创建了多少个类对象，但是这种方式不是很好。因为全局变量在哪个地方都可以改，没有封装起来，而 C++ 是很注重数据的封装的。那我们可以通过 static 成员变量来解决这个问题。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public: 
  A(int a = 10)
    :_a(a)
  {
    ++N;
  }
  A(const A& aa)
    :_a(aa._a)
  {
    ++N;
  }
private:
  int _a;
public:
  static int N; // static成员变量，并且类的每个对象共享
};
// 生命周期是全局的，作用域受类域限制的
int A::N = 0; // 定义初始化
void Func1(A aa)
{}
A Func2()
{
  A aa;
  return aa;
}
int main()
{
  A aa1(1);
  A aa2 = 2;
  A aa3 = aa1;
  cout << A::N << endl;
  Func1(aa1);
  cout << A::N << endl;
  Func2();
  cout << A::N << endl;
  cout << aa1.N << endl;
  A* ptr = nullptr;
  cout << ptr->N << endl;
  return 0;
}

注：static 成员变量不在类对象里，static 成员变量在静态区中，其生命周期是全局的，作用域受类域的限制。

虽然解决了全局变量的问题，又带来了另一个问题：static 成员变量是公有的，没有将其封装起来。那有没有更好的方式呢？其实还有哦。

可以借助一个辅助的函数 GetN 来帮我们拿到 N 的值。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
  A(int a = 10)
    :_a(a)
  {
    ++N;
  }
  A(const A& aa)
    :_a(aa._a)
  {
    ++N;
  }
  int GetN()
  {
    return N;
  }
private:
  int _a;
  static int N; // static成员变量，并且类的每个对象共享
};
// 生命周期是全局的，作用域受类域限制的
int A::N = 0; // 定义初始化
void Func1(A aa)
{}
A Func2()
{
  A aa;
  return aa;
}
int main()
{
  A aa1(1);
  A aa2 = 2;
  A aa3 = aa1;
  cout << aa1.GetN() << endl;
  Func1(aa1);
  cout << aa1.GetN() << endl;
  Func2();
  cout << aa1.GetN() << endl;
  return 0;
}

如果用 static 来修饰辅助函数 GetN 的话，那么得到 N 的值还有通过这种方式A::GetN()。不过需要注意的是，static修饰的成员函数没有 this 指针，只能访问静态成员变量。

注意：静态成员函数只可以调用静态成员函数，不能调用非静态成员函数，而非静态成员函数可以调用静态成员函数。

接下来，我们来做一下这道题目：

那么这道题就可以借助 static 成员变量和 static 成员函数来解决了。

class Sum
{
public:
    Sum()
    {
        _ret += _i;
        ++_i;
    }
    static int GetRet()
    {
        return _ret;
    }
private:
    static int _ret;
    static int _i;
};
int Sum::_ret = 0;
int Sum::_i = 1;
class Solution 
{
public:
    int Sum_Solution(int n) 
    {
        Sum arr[n]; // 调用n次构造函数
        return Sum::GetRet();
    }
};

要求类对象只能在栈区上创建

类对象的创建都是通过调用构造函数来创建的，那么我们将构造函数改成私有属性，再写一个辅助函数来帮我们创建对象。这时候，创建出来的类对象都只能是在栈区上创建的。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
  static A GetObj(int a = 0)
  {
    A aa(a);
    return aa;
  }
private:
  A(int a = 10)
    :_a(a)
  {}
private:
  int _a;
};
// 要求类只能在栈上创建
int main()
{
  //static A aa1;
  //A* ptr = new A;
  //A aa2;
  A aa3 = A::GetObj(10);
}

👉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。

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。

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。注：声明可以在类的任何位置声明。

#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
  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;
}

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

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。
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。
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; // 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;
};

👉内部类👈

概念

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

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或类名。

sizeof(外部类) = 外部类，和内部类没有任何关系。

sizeof(外部类) = 外部类的大小

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
private: 
  int _a;
public:
  class B // B天生就是A的友元
  {
    int _b;
  };
};
int main()
{
  cout << sizeof(A) << endl;
  return 0;
}

外部类A和内部类B是相当于两个独立的类，只是内部类B的访问受外部类A的类域和访问限定符的限制。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
private:
  int _a;
  static int k;
public:
  class B // B天生就是A的友元
  {
  public:
    void foo(const A& a)
    {
      cout << k << endl; // OK
      cout << a._a << endl; // OK
    }
  private :
    int _b;
  };
};
int A::k = 1;
int main()
{
  A::B b;
  b.foo(A());
  return 0;
}

注：外部类不能访问内部类的成员。

现在我们通过内部类来做一下上面那道求1+2+...+n的和的题。

class Solution 
{
public:
    class Sum
    {
    public:
        Sum()
        {
            _ret += _i;
            ++_i;
        }
        static int GetRet()
        {
            return _ret;
        }
    };
    int Sum_Solution(int n) 
    {
        Sum arr[n]; // 调用n次构造函数
        return _ret;
    }
private:
    static int _ret;
    static int _i;
};
int Solution::_ret = 0;
int Solution::_i = 1;

👉匿名对象👈

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
  A(int a = 0)
    :_a(a)
  {
    cout << "A(int a)" << endl;
  }
  ~A()
  {
    cout << "~A()" << endl;
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  // 有名对象
  A aa1(1);
  A aa2 = 2;
  // 匿名对象 -- 其生命周期就是当前这一行
  A();
  A(3);
  return 0;
}

有了匿名对象，我们可以这样使用：

class A
{
public:
  A(int a = 0)
    :_a(a)
  {
    cout << "A(int a)" << endl;
  }
  ~A()
  {
    cout << "~A()" << endl;
  }
private:
  int _a;
};
A Func()
{
  //A ret(10);
  //return ret;
  return A(10);
}

👉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。

本来应该是先调用构造函数产生一个临时的对象A tmp，再调用拷贝构造函数创建A aa1，但是这个过程被编译器优化成直接用A aa1(1)，只调用一次构造函数。

编译器做这些优化也是很有必要的，比如进行数据结构的深拷贝之类的操作。所以我们在写程序的时候也要考虑一下会不会触发编译器的优化机制。

👉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：

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。

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。

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。

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。

👉总结👈

本篇博客主要讲解了初始化列表、explicit 关键字、static 成员、友元、内部类、匿名对象和编译器的优化，希望大家能够掌握。以上就是本篇博客的全部内容了，如果大家觉得有收获的话，可以点个三连支持一下！谢谢大家啦！💖💝❣️

【C++】类和对象（下）（2）

👉static 成员👈

概念

特性

👉友元👈

友元函数

友元类

👉内部类👈

概念

特性

👉匿名对象👈

👉拷贝对象时的一些编译器优化👈

👉再次理解类和对象👈

👉总结👈

热门文章

最新文章

相关课程

相关电子书

相关实验场景

热门

活动广场

任务中心

开发者评测

高校计划

乘风者计划

训练营

阿里云MVP

话题

直播

下载

镜像站

技术资料

插件

【C++】类和对象（下）（2）

👉static 成员👈

概念

特性

👉友元👈

友元函数

友元类

👉内部类👈

概念

特性

👉匿名对象👈

👉拷贝对象时的一些编译器优化👈

👉再次理解类和对象👈

👉总结👈

热门文章

最新文章

相关课程

相关电子书

相关实验场景