一、再谈构造函数
1、构造函数赋值
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 { public: Date(int year, int month, int day) : _year(year) , _month(month) , _day(day) {} private: int _year; int _month; int _day; };
注意 ：
- 每个成员变量在初始化列表（同定义）中只能出现一次（初始化只能初始化一次）
- 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) ,_ref(ref) ,_n(10) {} private: A _aobj; // 自定义类型成员且没有默认构造函数 int& _ref; // 引用成员变量 const int _n; // const成员变量 };
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 A { public: A(int a = 0) { _a = a; } private: int _a; }; class B { public: B(int a, int b) :_aa(a) { _aa = A(a); _b = b; } // 尽管没有显示写初始化列表，那么这里也可以认为有初始化列表 // _aa和_b会使用默认的初始化列表进行初始化，也可以认为初始化列表时成员变量定义的地方 private: int _b = 1; A _aa; }; int main() { B b(10, 20); return 0; }
可以看到对比函数体内初始化，初始化列表初始化可以提高效率 —— 注意对于内置类型你使用函数体或初始化列表来初始化没有区别；但是对于自定义类型，使用初始化列表是更具有价值的。因为就算你不使用初始化列表，成员也会先用初始化列表初始化一遍。这里还要注意的是函数体内初始化和初始化列表是可以混着用的。
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) {} void Print() { // 先打印_a1，再打印_a2 cout << _a1 << " " << _a2 << endl; // 1 随机值 } private: // 先声明_a2，再声明_a1 int _a2; int _a1; }; int main() { A aa(1); aa.Print(); retunr 0; }
建议声明顺序和初始化列表顺序保持一致，避免出现这样的问题。
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 { public: // 1、单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用 // explicit修饰构造函数，禁止类型转换 -- explicit去掉之后，代码可以通过编译 explicit Date(int year) :_year(year) {} Date& operator=(const Date& d) { if (this != &d) { _year = d._year; _month = d._month; _day = d._day; } return *this; } private: int _year; int _month; int _day; }; void Test() { // 这两种写法一样，但过程不一样： Date d1(2023); // 直接调用构造 Date d2 = 2023; // 隐式类型转换：构造 + 拷贝构造 + 优化 -> 直接调用构造 // 实际编译器背后会先用2023构造一个临时对象，再用这个临时对象去构造d2 // 最后编译器会进行优化——用2023作为参数直接构造d2，没有调用拷贝构造 }
class Date { public: // 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 explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1) : _year(year) , _month(month) , _day(day) {} Date& operator=(const Date& d) { if (this != &d) { _year = d._year; _month = d._month; _day = d._day; } return *this; } private: int _year; int _month; int _day; }; void Test() { // 这两种写法一样，但过程不一样： Date d1(2023, 9, 14); // 直接调用构造 // C++11支持多参数的隐式类型转换，写一个花括号把参数括起来 Date d2 = {2023, 9, 14}; }
上述代码可读性不是很好，用 explicit 修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。
二、static 成员
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。
class A { public: A() { ++_scount; } A(const A& t) { ++_scount; } // 跟全局变量相比，静态成员变量受到类域和访问限定符的限制 // 更好的体现了封装性，别人不能轻易修改它 static int GetACount() // 静态成员函数 -- 没有this指针 -- 无法访问_a { //_a = 1; return _scount; } private: int _a; static int _scount; // 声明 }; int A::_scount = 0; // 类外初始化（定义）静态成员变量 A f(A a) { A ret(a); return ret; } int main() { A a1 = f(A()); A a2; A a3; a3 = f(a2); cout << A::GetCount() << endl; // 8 cout << a1.GetCount() << endl; // 8 return 0; }
_scount是私有，怎么访问？
定义一个公有函数 GetACount() 函数，返回 _scount。
2、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。
- 静态成员变量在编译阶段分配内存。
- 静态成员变量必须在类外初始化（定义），定义时不添加 static 关键字，类内只是声明。
- 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。
- 静态成员也是类的成员，受 public、protected、private 访问限定符的限制。
- 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，只能访问静态成员变量。类外访问不到私有静态成员函数。
- 静态成员函数不可以调用非静态成员函数，因为静态成员函数没有 this 指针，无法区分到底是哪个对象的成员。
- 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数，因为非静态成员函数有 this 指针。
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
下面代码出现的问题：
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; };
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 { // 声明 friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d); //友元，位置可任意，一般是开头 friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d); public: Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1) : _year(year) , _month(month) , _day(day) {} private: int _year; int _month; int _day; }; // 流插入 << 运算符重载函数 ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d) { _cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day; return _cout; // 返回输出流对象_cout，为了支持连续输出 } // 流提取 >> 运算符重载函数 istream& operator>>(istream& _cin, Date& d) { _cin >> d._year; _cin >> d._month; _cin >> d._day; return _cin; // 返回输出流对象_cin，为了支持连续输入 } int main() { Date d; cin >> d; cout << d << endl; return 0; }
- 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。
cin | cout 怎么接收？
在 C++ 里 cout 是一个 ostream 的对象；cin 是一个 istream 的对象。
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。
- 比如下述 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。
- 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 是 A 的友元。
- 友元关系不能继承。
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; } private: int _year; int _month; int _day; Time _t; };
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。
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。
class A { private: int h; public: // B受A的类域限制 class B // B天生就是A的友元 { public: void foo(const A& a) { cout << a.h << endl; // 友元 } }; }; int A::k = 1; int main() { cout << sizeof(A) << endl; // 4 A::B b; // 实例化内部类B的对象 b.foo(A()); return 0; }
sizeof 在计算 A 类型对象大小的时候，不考虑 B 类。因为 B 作为 A 的内部类，跟普通类没有什么区别，只是定义在 A 的内部，它受到 A 的类域的限制和访问限定符的限制。
五、匿名对象
定义对象除了常规的方式还可以定义匿名对象，匿名对象没有名字，它的生命周期只在这一行 。
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; } }; int main() { A aa1; //A aa1(); // 不能这么定义对象，因为编译器无法识别这是一个函数声明，还是对象定义 A(); // 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点不用取名字 A aa2(2); Solution().Sum_Solution(10); return 0; }
六、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); // 连续构造+拷贝构造->优化为一个构造 f1(A(2)); cout << endl; // 连续拷贝构造+拷贝构造->优化一个拷贝构造 A aa2 = f2(); cout << endl; // 连续拷贝构造+赋值重载->无法优化 aa1 = f2(); cout << endl; return 0; }
下面这段代码共调用多少次拷贝构造函数？ -- 7次。
Widget f(Widget u) { Widget v(u); Widget w = v; return w; } main() { Widget x; Widget y = f(f(x)); }
如果编译器没有优化就是 9 次，优化后为 7 次。
Widget u, Widget y 都是首次创建对象。
- 在第一次 return w 时是作为 Widget u 的拷贝对象，符合优化条件。
- 在第二次 return w 时是作为 Widget y 的拷贝对象，符合优化条件。
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。
在类和对象阶段一定要体会到，类是对某一类实体（对象）来进行描述的，描述该对象具有哪些 属性和方法，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。
