c++|类和对象(下)

一、再谈构造函数

1.1初始化列表

在上一章节中，对于类我们可以形象的比喻为房子的图纸，而真正对于类的初始化可以比喻为建造了一个实体房子，即创建对象，对于房子中的各个房间都有特定的位置构造，那么对于类中的成员变量他们又是如何被初始化呢？如何去理解成员变量初始化？

在构造函数中，我们可以对成员变量赋初始值，那么这叫成员变量的初始化吗？其实并不是，这种情况称为函数体内的初始化，而且这种初始化可以多次赋值，在函数体内可以多次使用给不同值，而真正的成员变量初始化是在初始化列表中初始化的，且在初始化列表中只能被初始化一次。

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。

例如：

#include <iostream>
using namespace std;


class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;


};

int main()
{
	Date d1(2023, 12, 4);
	return 0;
}

1.2初始化列表的注意事项

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)

例如：

#include <iostream>
using namespace std;


class A
{
public:
	A(int a)//有参构造函数
		:_a(a)
	{}
private:
	int _a;
};

class B
{
public:
	B(int a, int b)
		:_claim(a)//这三个都必须用初始化列表初始化
		, _copy(b)
		, _n(10)
	{}
private:
	A _claim;//自定义类型成员
	int& _copy;//引用成员变量
	const int _n;//const成员变量
};


int main()
{
    B b1(3,4);
	return 0;
}

对于引用成员变量和const成员变量在定义时都必须初始化，这是前面学过的内容，那么在类中，他们的初始化走的就是初始化列表。

自定义类型_claim成员中有一个有参构造函数，前面章节就学过在一个类中，会去调用该类中自定义类型成员的默认构造函数，而现在B类中因为有一个自定义有参构造函数，而A类中没有默认构造函数，只有一个有参构造函数，那么编译就会报错，说找不到默认构造函数，因此在这里需要使用初始化列表初始化自定义类型成员，B类的自定义构造函数才会去调用A类中的有参构造函数。

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

#include <iostream>
using namespace std;

class Time
{
public:
	Time(int hour =0)
		:_hour(hour)
	{
		cout << "Time(int hour = 0)" << endl;
	}
private:
	int _hour;
};


class Date
{
public:
	Date(int day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};
int main()
{
	Date d1(1);
	return 0;
}

运行结果：

上前面章节中，我们提到，对于内置类型成员和自定义类型成员都存在时，编译器会对他们都处理，而对于内置类型成员就会给初始值，只不过是随机值，在这里给的随机值其实走的就是初始化列表，由编译器自己实现。而对于自定义类型成员上面也已经说了必须走初始化列表。总结就是不管是内置还是自定义成员最好都使用初始化列表。

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,意思就是成员变量的声明次序是什么样的，那么对应的在初始化列表中先走初始化的就是声明的顺序

#include <iostream>
using namespace std;


class A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
		,_a2(_a1)//先走这个，此时_a1是随机值,那么_a2就是随机值
	{}

	void print()
	{
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}
private:
	int _a2;
	int _a1;
};


int main()
{
	A aa(1);
	aa.print();
	return 0;
}

运行结果：

_a2先声明，那么先走_a2的初始化，而此时_a1并没有被初始化，是随机值，那么_a2就是随机值，之后再走_a1的初始化，值为1

注意：有些初始化列表或检查的工作，初始化列表也不能全部搞定，还要用函数体，例如：malloc了一个空间，那么空间检查工作就能用初始化列表搞定，而要用函数体。

1.3explict关键字

对于只有一个参数和多个参数的构造函数，在创建对象并进行初始化时，可以通过隐式类型转换的方式来进行初始化，单参和多参的初始化是有区别的。而在构造函数前引入explicit关键字就可以禁止这种隐式类型转化。

先来看单参隐式类型转换：

class Date
{
public:
	Date(int year)//单参构造函数
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2022);

	d1 = 2023;
	return 0;
}

上述代码中，除了定义对象时将值传过去初始化对像，还可以通过直接赋值初始化对象(d1 = 2023)，他们之间类型不同，为什么可以直接赋值？

其实是发生了隐式类型转换，用2023构造了一个临时对象，再将该临时对象给了d1对象。

那么在构造函数前加上explicit就会禁止隐式类型转换。

class Date
{
public:
	explicit Date(int year)//单参构造函数
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2023);

	return 0;
}

此时不能直接赋值，否则就会报错。

多参隐式类型转换：

class Date
{
public:
	Date(int year, int month=11, int day=8)//多参构造函数
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2023);
	d1 = { 2023,12,8 };
	return 0;
}

与单参不一样的是多参构造进行初始化对象时，可以通过花括号来进行初始化，注意不要写成圆括号，这样就成了一个逗号表达式了。同理在构造函数前加上explicit就可以禁止该多参隐式类型转换。

注意:explicit修饰构造函数时，禁止的是传参时隐式类型的转换，但是有一种情况，在只有一个参数的情况下，如果进行强转的话，explicit就会失去效果。

class Date
{
public:
	explicit Date(int year)//单参构造函数
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2023);
	d1 = (Date)2023;
	return 0;
}

二、Static成员

2.1概念+特性

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：

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，而声明则是在类里面

3.对于类中的静态成员，可以用 A::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访问限定的限制

来看一个例子：实现一个类，计算程序中创建了多少个类对象。

#include <iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
	A()
	{
		++_scount;
	}
	A(const A& t)
	{
		++_scount;
	}
	~A()
	{
		--_scount;
	}
	static int GetACount()//静态成员函数
	{
		return _scount;
	}
private:
	static int _scount;//静态成员变量，在类中是声明，受private保护
};

int A::_scount = 0;//静态成员变量在外面定义
int main()
{
	A a1, a2;
	A a3(a2);
	cout << A::GetACount() << endl;
    cout << a1.GetACount() << endl;
    cout << A().GetACount() << endl;//A()为匿名对象
	return 0;
}

运行结果：

其中用static定义的类成员存放在静态区，他就不属于具体的某个对象，而是属于所有对象公有(a1,a2,a3),而平常定义的不是static的成员变量就是属于具体的某个对象，就不是公有的，所以对于_scount成员变量它是属于所有对象，_scount改变，那么每个对象中的_scount也会改变。通过类A创建了三个对象，那么_scount就加了三次，对于static定义的静态成员，不仅可以用A::静态成员形式来调用成员变量，还可以通过对象来调用，所以相比一些情况，当没有创建对象时，可以定义静态成员，并通过类直接调用静态成员。

还有一种情况就是创建匿名对象A(),那么又会调用一次构造函数，_scount再加1为4，匿名对象有一个特点就是他的生命周期只在他所在的一行。

想必有疑问的是静态成员不是共有的吗，为什么前面输出3而后面输出4，因为A()这个匿名对象是在后面定义的，前面的早已输出完了。还有就是析构函数不是会调用吗，那么_scount不是会自减吗，析构函数是在对象销毁前调用的，在输出完结果之后调用的。

【问题】

1.静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

当然不可以，因为静态成员函数是没有this指针的，那么对象的地址就传不了给this指针。

2.非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

当然可以，他有this指针，对象的地址可以传给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。正因如此，破坏了封装，增加了耦合度（彼此之间的联系程度），比如类与类之间通过友元就会增加联系，但可能会导致一个类被另一个类错用，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

先举个例子来引出友元函数：

尝试重载operator<<：

版本1（×）

#include <iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}

	ostream& operator << (ostream& _cout)
	{
		_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
		return cout;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2024, 1, 6);
	cout << d1;
	return 0;
}

版本2（√）

#include <iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}

	ostream& operator << (ostream& _cout)
	{
		_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
		return cout;
	}
//private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2024, 1, 6);
	d1 << cout;
	return 0;
}

运行结果：

版本3（√）

#include <iostream>
using namespace std;

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}

	
//private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

ostream& operator << (ostream& _cout,const Date& d1)
{
	_cout << d1._year << "-" << d1._month << "-" << d1._day << endl;
	return cout;
}

int main()
{
	Date d1(2024, 1, 6);
	cout << d1;
	return 0;
}

运行结果：

对于双操作数<<，第一个操作数为左操作数，第二个操作数为右操作数,版本1中cout为控制台对象作为第一个操作数，它的类型是ostream，与隐含的this指针抢占了第一个参数位置，this指针是指向当前对象，访问当前对象的成员函数和成员变量，所以this指针的类型是类的类型，与ostream类型不一致，所以cout对象不能传给this指针，且d1对象传给_cout也是类型不一致，若cout传给了_cout，那么d1对象传给谁呢？传给this指针吗？并不是，d1对象是第二个操作数，而this指针是接收第一个操作数，所以d1对象没有谁接收，虽然cout对象不会传给_cout对象。

版本2中，d1对象作为第一个操作数，传给隐含的this指针，cout对象传给_cout对象，这种方式在语法上是正确的，但是缺点就是可读性不好，正常认为是d1对象流入到cout控制台对象，而现在变成了cout控制台对象流入到d1对象。

版本3就解决了版本1，版本2的问题，将运算符的重载实现成了全局函数，而不是成员函数，全局函数中就不存在this指针了，就可以正常的指定参数。

在上面版本中，是将成员变量改成了公有的，才能对其访问，但正常来说成员变量是私有的，那么如何实现？这就引入了友元函数：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。look

#include <iostream>
using namespace std;

class Date
{
	friend ostream& operator << (ostream& _cout, const Date& d1);
	friend istream& operator >> (istream& _cin, Date& d1);
public:
	Date()
	{}
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}


private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

ostream& operator << (ostream& _cout, const Date& d1)
{
	_cout << d1._year << "-" << d1._month << "-" << d1._day << endl;
	return cout;
}

istream& operator >> (istream& _cin,  Date& d1)
{
	_cin >> d1._year >> d1._month >> d1._day;
	return _cin;
}

int main()
{
	Date d1(2024, 1, 6);
	Date d2;
	cout << d1;
	cin >> d2;
	cout << d2;
	return 0;
}

已有两个全局的重载函数，这两个重载函数要想使用类中的私有成员，那么在类中，需声明该重载函数并在前面加上friend，表明该重载函数是该类的朋友，有权限使用访问该类的私有成员。

注意：

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，不受类的访问限定符限制
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

输出结果：

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。也就是我这个类是另一个类的朋友，那么我的类中的成员函数就可以访问另一个类中的私有成员。

注意：

友元关系是单向的，不具有交换性。也就是我是他的朋友，我可以访问他的私有成员，但他不能访问我的成员。
友元关系不能传递：如果c是b的友元，b是a的友元，则不能不能说明c是a的友元。
友元关系不能继承，之后继承章节会讲。

例子：

#include <iostream>
using namespace std;


class Time
{
	friend class Date;//Date类是Time类的友元，那么Date类就可以访问Time类的私有成员变量
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 = 2024, int month =1, int day = 17)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	void friendsetTime(int hour = 20, int minute = 30, int second = 50)
	{
		//Date类中直接访问Time类中的私有成员变量
		_t._hour = hour;
		_t._minute = minute;
		_t._second = second;

	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};


int main()
{
	Date d1;
	d1.friendsetTime();
	return 0;
}

友元不能传递的例子也是类比一下，小伙伴应该都没问题。

四、内部类

4.1概念+特性

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，他不属于外部类，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，因为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)的大小不包括内部类的大小，与内部类没有任何关系

#include <iostream>
using namespace std;


class A
{
public:
	class B//B类为内部类，A类为外部类，B类天生就是A类的友元
	{
	public:
		void f(const A& a)
		{
			cout << k << endl;//内部类可以直接访问外部类的成员
			cout << a.k << endl;//通过外部类对象访问自己的成员变量
			cout << a.h << endl;
			cout << sizeof(A) << endl;//只计算了h的大小，内部类和静态成员变量都不算。
		}
	};
private:
	static int k;//静态成员内部声明
	int h;//这里没赋值，那么编译器会给个默认值
};

int A::k = 1;//静态成员外部定义

int main()
{
	A::B b;
	b.f(A());//A（）为匿名对象
	return 0;
}

运行结果：

五、匿名对象

在静态变量那提过了匿名对象，那么现在进一步进行描述以及注意的点。look

#include <iostream>
using namespace std;


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

class solution
{
public:
	int sum_solution(int n)
	{
		n += 10;
		return n;
	}
};

int main()
{
	A aa1=1;//隐式类型转换

	//A aa1();//不能这么定义对象，因为编译器无法识别这是对象定义，还是函数声明

	A();//这是匿名对象，匿名对象的特点是可以不用取名字，但是他的生命周期只有这一行
	
	A(2);//创建匿名对象并进行传参

	cout << solution().sum_solution(10) << endl;

	return 0;
}

运行结果：

匿名对象的生命周期只在定义的这一行，由代码也可以反映，匿名对象销毁了就调用了析构函数，匿名对象在很多地方下都挺方便的，减少了代码的冗余量。

六、拷贝对象时的一些编译器优化

在新的编译器下，对于自定义类型的对象进行拷贝时，进行以下组合，编译器会相应的优化：

构造+拷贝构造->优化为构造
拷贝构造+拷贝构造->拷贝构造
拷贝构造+赋值重载->无法优化

接下来用一段代码进行解析：

#include <iostream>
using namespace std;


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()
{

	
	f1(1);//隐式类型转换，1发生隐式类型转换，构造一个临时对象，再拷贝构造给aa对象。
	f1(A(2));//A(2)创建一个匿名对象，再拷贝构造给aa对象
	cout << endl;

	A aa2 = f2();//f2()函数中，return aa时创建了临时对象，aa由临时对象接收，临时对象再拷贝构造给f2()，f2()再拷贝给aa2对象
	cout << endl;

	A aa1;//创建一个对象
	aa1 = f2();//f2()中发生了拷贝构造，再将f2()赋值给aa1,注意此时进行的是赋值拷贝，而不是拷贝构造
	cout << endl;

	return 0;
}

运行结果加分析：