【C++篇】C++类与对象深度解析（四）：初始化列表、类型转换与static成员详解2-阿里云开发者社区

【C++篇】C++类与对象深度解析（四）：初始化列表、类型转换与static成员详解1：https://developer.aliyun.com/article/1617496

2.3 类型转换的实践

为了更好地理解类型转换，下面我们结合一个稍复杂的例子来展示如何利用类型转换优化代码中的对象构造和赋值操作。

2.3.1 示例代码

#include<iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    // 构造函数，支持隐式类型转换
    A(int a1) : _a1(a1) {}

    A(int a1, int a2) : _a1(a1), _a2(a2) {}

    void Print() {
        cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
    }

    int Get() const {
        return _a1 + _a2;
    }

private:
    int _a1 = 1;
    int _a2 = 2;
};

class B {
public:
    // 接受 A 类型的对象，进行隐式类型转换
    B(const A& a) : _b(a.Get()) {}

private:
    int _b = 0;
};

int main() {
    A aa1 = 1;      // 隐式将 int 1 转换为 A 对象
    aa1.Print();    // 输出: 1 2

    const A& aa2 = 1;  // 隐式将 int 1 转换为 A 对象，并绑定到常量引用

    A aa3 = {2, 2};  // 使用 C++11 的列表初始化语法
    aa3.Print();     // 输出: 2 2

    B b = aa3;       // A 对象隐式转换为 B 对象
    const B& rb = aa3;  // 隐式转换时绑定常量引用

    return 0;
}

2.3.2 解析

A aa1 = 1;：这里 1 是一个 int 类型的值，编译器会通过调用 A(int a1) 构造函数将其隐式转换为 A 类型的对象。

-const A& aa2 = 1;：同样，int 类型的值 1 会隐式转换为 A 类型的临时对象，然后这个临时对象必须通过常量引用绑定到 aa2。这种做法就会延长临时对象的生命周期，直到出作用域

A aa3 = {2, 2};：这使用了 C++11 的列表初始化，将 2, 2 传递给 A 类的构造函数。
B b = aa3;：这里，aa3 是一个 A 类型的对象，它通过 B 类的构造函数进行隐式转换。

通过这种类型转换机制，C++允许我们使用内置类型或其他类类型轻松构造对象，并在对象之间传递数据。

2.4 C++11中的多参数类型转换

在C++11之前，类型转换通常只能支持单参数的构造函数。但从C++11开始，C++标准引入了列表初始化（也称为统一初始化），使得我们能够更灵活地传递多个参数来进行类型转换。

例如：

A aa3 = {2, 2};  // 使用列表初始化，传递两个参数

在这个例子中，{2, 2} 是一个初始化列表，C++11允许我们通过这种方式为类的构造函数传递多个参数。这种形式的类型转换比传统的单参数转换更加灵活，可以处理更复杂的初始化场景。

2.5 编译器的优化：直接构造

在之后会详细讲解

在对象的构造过程中，如果出现了临时对象的构造和拷贝构造的连续过程，编译器通常会进行优化。特别是在C++11中，编译器可以省略临时对象的构造和拷贝，直接构造最终对象。

示例：上述的代码其实是这样的：

A aa3 = A(2, 2);  //然后编译器优化为直接构造 aa3，而不是先构造临时对象再拷贝

在这段代码中，编译器遇到A(2, 2)的构造操作后，通常会先构造一个临时对象，再通过拷贝构造函数将其赋值给aa3。然而，现代编译器通常会进行优化，直接将aa3构造出来，而不需要先构造临时对象。这种优化被称为返回值优化（RVO）或拷贝省略。

2.6 类型转换总结

C++中的类型转换是一个强大且灵活的机制，通过构造函数，我们可以轻松地在内置类型和类类型之间进行隐式或显式的转换。同时，explicit关键字让我们能够严格控制类型转换，避免不必要的隐式转换带来的潜在问题。C++11的引入进一步增强了类型转换的灵活性，特别是列表初始化使得我们能够传递多个参数进行转换。理解并合理使用这些机制，可以让我们编写出更加简洁、灵活的代码。

3. `static` 成员详解——静态成员变量与静态成员函数

在C++中，static成员既可以用于修饰类的变量，也可以用于修饰类的函数。通过static，我们可以实现成员共享、函数无依赖等功能，特别适用于一些类级别的操作，而不依赖于具体的对象实例。静态成员具有一些特殊的属性和行为。

3.1. `static` 成员变量

static成员变量，称为静态成员变量，它是类的所有对象共享的变量，而不是每个对象独立拥有的。静态成员变量存储在静态存储区（也称为全局区），并且只能在类外初始化。

3.1.1 静态成员变量的特性

共享性：静态成员变量是所有类的对象共享的，不属于某个具体的对象。
独立性：静态成员变量存储在静态存储区中，不会随着对象的创建或销毁而重新分配内存。
类外初始化：静态成员变量必须在类外初始化，不能在类内的声明位置给它赋值。
示例：通过静态成员变量计算类对象的数量。

#include<iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    A() {
        ++_scount;  // 每创建一个对象，计数加1
    }

    A(const A& t) {
        ++_scount;  // 每调用拷贝构造函数，计数加1
    }

    ~A() {
        --_scount;  // 每销毁一个对象，计数减1
    }

    static int GetACount() {
        return _scount;  // 返回当前对象的数量
    }

private:
    // 声明静态成员变量
    static int _scount;
};

// 类外初始化静态成员变量
int A::_scount = 0;

int main() {
    cout << "初始对象数量: " << A::GetACount() << endl;  // 初始对象数量为 0
    A a1, a2;  // 创建两个对象，计数加2
    A a3(a1);  // 拷贝构造，计数加1
    cout << "当前对象数量: " << A::GetACount() << endl;  // 输出 3

    return 0;
}

输出：

初始对象数量: 0
当前对象数量: 3

解释：

_scount 是静态成员变量，它被所有 A 类对象共享。无论创建多少个对象，所有对象共享这一个计数器。
静态成员变量在类外进行初始化：int A::_scount = 0;，这是强制要求的，不能在类内部直接赋值。
通过类名 A::GetACount() 或对象 a1.GetACount() 来访问静态成员函数 GetACount()，输出当前对象的数量。

3.2. `static` 成员函数

静态成员函数是类的成员函数，但是它与普通的成员函数不同，它不依赖于具体的对象实例，可以通过类名直接调用。静态成员函数没有this指针，因此它只能访问类的静态成员变量或静态成员函数，不能访问非静态成员。

3.2.1 静态成员函数的特性

没有this指针：静态成员函数没有 this 指针，因此不能访问非静态成员。

只能访问静态成员：静态成员函数只能访问静态成员变量或静态成员函数，不能访问类的非静态成员。
通过类名调用：静态成员函数可以通过类名直接调用，而不需要依赖于对象实例。

示例：静态成员函数的使用。

#include<iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    A() {
        ++_scount;
    }

    A(const A& t) {
        ++_scount;
    }

    ~A() {
        --_scount;
    }

    static int GetACount() {
        return _scount;  // 静态成员函数访问静态成员变量
    }

private:
    static int _scount;
};

int A::_scount = 0;

int main() {
    A a1, a2;
    cout << "当前对象数量: " << A::GetACount() << endl;  // 通过类名访问静态成员函数
    return 0;
}

输出：

当前对象数量: 2

解释：

静态成员函数 GetACount() 可以通过类名 A::GetACount() 调用，而不依赖于具体的对象。
静态成员函数没有 this 指针，因此它不能访问非静态成员变量或函数。
通过类名直接访问静态成员函数是它的主要特性之一。

3.3 静态成员的访问

静态成员既可以通过类名来访问，也可以通过对象来访问。

3.3.1 通过类名访问

静态成员不属于某个具体的对象，而是属于整个类，因此它们可以通过类名来访问。例如，A::GetACount() 是通过类 A 的名字直接访问静态成员函数 GetACount()。

3.3.2 通过对象访问

虽然静态成员不属于对象，但仍然可以通过对象来访问静态成员。例如，a1.GetACount() 也可以调用静态成员函数，尽管底层实现实际上仍然是通过类来访问的。

示例：

int main() {
    A a1, a2;
    cout << A::GetACount() << endl;  // 通过类名访问
    cout << a1.GetACount() << endl;  // 通过对象访问
    return 0;
}

无论是通过类名 A::GetACount()，还是通过对象 a1.GetACount()，最终结果都是一样的。

3.4 静态成员变量的初始化

静态成员变量不能在类内初始化，必须在类外进行初始化。这是因为静态成员变量存储在静态存储区中，它们不属于某个对象实例，因此不能在类的构造函数或初始化列表中进行初始化。

3.4.1 为什么静态成员变量不能在类内初始化？

静态成员变量存储在静态存储区，而不是对象中。构造函数的初始化列表是为每个对象实例服务的，因此静态成员变量不能通过初始化列表进行初始化。

由于静态成员变量的共享性，它们只在整个程序中存在一份，因此必须在类外进行初始化，以确保所有对象访问的都是同一份数据。

示例：

class A {
public:
    static int _count;
};

// 类外初始化
int A::_count = 0;

在上面的例子中，A::_count 在类外初始化为 0，所有对象共享这个静态变量。

3.5 访问控制与静态成员

静态成员与普通成员一样，也受访问控制修饰符（public、protected、private）的限制。即使静态成员属于类，而不是对象，但它们仍然需要遵守访问控制规则。

3.5.1 `public` 静态成员

public 静态成员可以被类的任何对象或函数访问，包括类外代码。

class A {
public:
    static int _public_count;
};

int A::_public_count = 0;

int main() {
    A::_public_count = 10;  // 可以在类外访问
    cout << A::_public_count << endl;
    return 0;
}

3.5.2 `private` 静态成员

private 静态成员只能被类的成员函数访问，不能被类外代码直接访问。

class A {
private:
    static int _private_count;

public:
    static int GetPrivateCount() {
        return _private_count;  // 只能通过成员函数访问
    }
};

int A::_private_count = 0;

int main() {
    // cout << A::_private_count;  // 错误，无法访问 private 静态成员
    cout << A::GetPrivateCount() << endl;  // 通过静态成员函数访问
    return 0;
}

3.6 `static` 成员的实际应用

静态成员通常用于实现某些类级别的操作，例如计算对象的数量、跟踪全局状态等。通过静态成员，我们可以方便地在类内部管理全局信息，而无需创建对象实例。

3.6.1 实例：求 1 + 2 + 3 + … + n

求1+2+3+…+n——牛客网

这道题要求我们使用静态成员来求 1 + 2 + 3 + ... + n 的和。通过构造函数和静态成员变量，我们可以在创建对象时动态更新累加值，进而得到最终结果。

(1)题目代码

class Sum {
public:
    Sum() {
        _ret += _i;  // 每次调用构造函数时，将当前 i 的值加到 _ret 中
        ++_i;        // 自增 _i
    }

    static int GetRet() {
        return _ret;  // 返回累加结果
    }

private:
    static int _i;    // 用于计数的静态变量
    static int _ret;  // 用于存储结果的静态变量
};

// 初始化静态成员变量
int Sum::_i = 1;
int Sum::_ret = 0;

class Solution {
public:
    int Sum_Solution(int n) {
        Sum arr[n];  // 创建 n 个 Sum 对象，触发构造函数进行累加
        return Sum::GetRet();  // 返回累加的结果
    }
};

(2)解析

每次创建 Sum 对象时，都会调用其构造函数，而构造函数会将 _i 的值累加到 _ret 中。
静态变量 _i 用于记录当前的计数，随着每次对象创建自增。

静态变量 _ret 保存累加的结果。
通过创建 n 个 Sum 对象，我们能够计算出 1 + 2 + 3 + ... + n 的结果。

(3)示例

int main() {
    Solution solution;
    cout << solution.Sum_Solution(5) << endl;  // 输出: 15 (1+2+3+4+5)
    return 0;
}

输出结果为：

3.6.2 构造函数和析构函数的调用顺序

在C++中，构造函数和析构函数的调用顺序遵循一定的规则，尤其是在全局变量和静态对象的情况下，了解它们的调用顺序非常重要。

(1)题目分析

设已经有 A、B、C、D 四个类的定义，程序中涉及构造函数和析构函数的调用顺序，解析如下。

class A {
public:
    A() { cout << "A Constructor" << endl; }
    ~A() { cout << "A Destructor" << endl; }
};

class B {
public:
    B() { cout << "B Constructor" << endl; }
    ~B() { cout << "B Destructor" << endl; }
};

class C {
public:
    C() { cout << "C Constructor" << endl; }
    ~C() { cout << "C Destructor" << endl; }
};

class D {
public:
    D() { cout << "D Constructor" << endl; }
    ~D() { cout << "D Destructor" << endl; }
};

C c;  // 全局变量

int main() {
    A a;
    B b;
    static D d;  // 静态局部变量
    return 0;
}

构造函数的调用顺序

构造函数的调用顺序是先全局变量，再局部变量，最后静态局部变量。在上面的代码中：

C 是全局变量，因此它的构造函数 C() 在 main 函数执行之前被调用。

A 和 B 是局部变量，它们的构造函数按照声明的顺序，在 main 函数中依次调用。
D 是静态局部变量，它的构造函数在 main 函数的执行中调用，但只会在程序的第一次运行时调用一次。

构造函数的调用顺序为：

C Constructor  // 全局变量，最先调用
A Constructor  // 局部变量，按声明顺序
B Constructor  // 局部变量，按声明顺序
D Constructor  // 静态局部变量，最后调用

析构函数的调用顺序

局部变量的析构函数首先调用，按与声明相反的顺序。
静态局部变量的析构函数在 main 函数执行结束后调用。
全局变量的析构函数在程序退出时调用。

析构函数的调用顺序为：

B Destructor  // 局部变量，先析构，顺序与构造相反
A Destructor  // 局部变量，顺序与构造相反
D Destructor  // 静态局部变量，函数结束后调用
C Destructor  // 全局变量，最后析构

总结：

构造函数调用顺序：

先全局变量，再局部变量，最后静态局部变量。

析构函数调用顺序：

先局部变量，顺序与构造相反；
然后静态局部变量；
最后全局变量。

3.7`static`成员函数与变量总结

在C++中，static成员为类提供了管理全局数据和类级别操作的强大机制。静态成员变量被所有对象共享，存储在静态存储区中，而静态成员函数则可以在没有对象的情况下通过类名直接调用。静态成员与普通成员一样，受访问控制修饰符的限制，可以是public、private或protected。同时，静态成员变量不能在类内初始化，必须在类外进行初始化。通过静态成员，我们可以方便地实现对象计数、全局状态管理等功能，这让类在不依赖对象实例的情况下，依然能够提供有用的功能。

写在最后

在本篇文章中，我们深入探讨了C++中一些关键的高级特性，帮助你在编程实践中更好地理解和运用这些工具。我们首先讲解了构造函数中的初始化列表，它不仅提高了代码的效率，还为常量、引用类型及没有默认构造函数的类类型变量提供了必要的初始化方式。接下来，我们探索了C++中内置类型和类类型之间的类型转换，包括隐式和显式转换，并通过explicit关键字展示了如何避免因不当类型转换引发的潜在问题。最后，我们详细分析了静态成员变量和静态成员函数的特性及应用。通过这些知识的学习，希望你不仅能优化代码的性能，还能在设计复杂系统时更好地管理类级别的数据和操作。

这些高级特性虽然可能在初学者眼中显得复杂，但一旦理解透彻，将会极大地提升你的C++编程能力，使你能够编写出更具扩展性、可维护性的代码。在实际开发中，善用这些特性将帮助你应对各种编程挑战，让你的C++代码更具表现力和效率。

以上就是关于【C++篇】C++类与对象深度解析（四）：初始化列表、类型转换与static成员详解的内容啦，各位大佬有什么问题欢迎在评论区指正，或者私信我也是可以的啦，您的支持是我创作的最大动力！❤️

【C++篇】C++类与对象深度解析（四）：初始化列表、类型转换与static成员详解2

2.3 类型转换的实践

2.3.1 示例代码

2.3.2 解析

2.4 C++11中的多参数类型转换

2.5 编译器的优化：直接构造

2.6 类型转换总结

3. `static` 成员详解——静态成员变量与静态成员函数

3.1. `static` 成员变量

3.1.1 静态成员变量的特性

3.2. `static` 成员函数

3.2.1 静态成员函数的特性

3.3 静态成员的访问

3.3.1 通过类名访问

3.3.2 通过对象访问

3.4 静态成员变量的初始化

3.4.1 为什么静态成员变量不能在类内初始化？

3.5 访问控制与静态成员

3.5.1 `public` 静态成员

3.5.2 `private` 静态成员

3.6 `static` 成员的实际应用

3.6.1 实例：求 1 + 2 + 3 + … + n

(1)题目代码

(2)解析

(3)示例

3.6.2 构造函数和析构函数的调用顺序

(1)题目分析

3.7`static`成员函数与变量总结

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2.3.1 示例代码

2.3.2 解析

2.4 C++11中的多参数类型转换

2.5 编译器的优化：直接构造

2.6 类型转换总结

3. static 成员详解——静态成员变量与静态成员函数

3.1. static 成员变量

3.1.1 静态成员变量的特性

3.2. static 成员函数

3.2.1 静态成员函数的特性

3.3 静态成员的访问

3.3.1 通过类名访问

3.3.2 通过对象访问

3.4 静态成员变量的初始化

3.4.1 为什么静态成员变量不能在类内初始化？

3.5 访问控制与静态成员

3.5.1 public 静态成员

3.5.2 private 静态成员

3.6 static 成员的实际应用

3.6.1 实例：求 1 + 2 + 3 + … + n

(1)题目代码

(2)解析

(3)示例

3.6.2 构造函数和析构函数的调用顺序

(1)题目分析

3.7static成员函数与变量总结

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3. `static` 成员详解——静态成员变量与静态成员函数

3.1. `static` 成员变量

3.2. `static` 成员函数

3.5.1 `public` 静态成员

3.5.2 `private` 静态成员

3.6 `static` 成员的实际应用

3.7`static`成员函数与变量总结