类和对象-下篇

文章目录

一、再谈构造函数
- 1. 构造函数体赋值
- 2. 初始化列表
- 3. explicit关键字
二、static成员
- 1. 概念
- 2. 特性
三、友元
- 1. 友元函数
- 2. 友元类
四、内部类
- 1. 概念
- 2. 特性
五、再次理解封装

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:
	// 构造函数
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
	{
		_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。

class Date
{
public:
	// 构造函数
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;// 第一次赋值
		_year = 2022;// 第二次赋值
		//...
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

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:
	// 构造函数
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

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)
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; // 没有默认构造函数
	int& _ref; // 引用
	const int _n; // const
};

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);
}

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() {
        cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
    }
private:
    int _a2;
    int _a1;
};
int main() {
    A aa(1);
    aa.Print();
}
//A.输出1 1
//B.程序崩溃
//C.编译不通过
//D.输出1 随机值

在这里插入图片描述

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。

#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
        Date(int year = 0) //单个参数的构造函数
                :_year(year)
        {}
        void Print()
        {
                cout << _year << endl;
        }
private:
        int _year;
};
int main()
{
        Date d1 = 2024; //支持该操作
        d1.Print();
        return 0;
}

所谓类型转换的意思就是先将2021转换成一个以2021为参数调用构造函数的临时对象tmp即：Date tmp（2024），然后在利用这个临时对象去初始化d1。代码中的==Date d1 = 2024;==可以等价为这两句代码：

Date tmp（2024）;先构造函数
Date d1(tmp);再拷贝构造

所以在早期的编译器中，当编译器遇到Date d1 = 2021这句代码时，会先构造一个临时对象，再用临时对象拷贝构造d1；但是现在的编译器已经做了优化，当遇到Date d1 = 2021这句代码时，会按照Date d1(2021)这句代码处理，这就叫做隐式类型转换。

但是对于自定义类型来说，这种写法可读性不是很好，所以我们可以使用explicit来修饰构造函数，从而禁止这种隐式类型转换。

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
	Date(int year)
		:_year(year)
	{
		cout << "构造函数" << endl;
	}
	/*
	// 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修饰构造函数，禁止类型转换
	explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
	: _year(year)
	, _month(month)
	, _day(day)
	{}
	*/
	Date(const Date& d)
	{
		cout << "拷贝构造" << endl;
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		cout << "赋值重载" << endl;
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
		return *this;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void Test()
{
	Date d1(2022);//调用一次拷贝构造
	// 用一个整形变量给日期类型对象赋值
	// 实际编译器背后会用2023构造一个无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值
	d1 = 2023;//形成临时对象tmp调用一次tmp的构造函数，然后再调用复制重载
	Date d2 = 2024;//编译器直接优化成：Date d2（2024）调用构造函数
	// 将1屏蔽掉，2放开时则编译失败，因为explicit修饰构造函数，禁止了单参构造函数类型转换的作用
}
int main()
{
	Test();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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。
面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

class A
{
public:
	A() { ++_scount; }
	A(const A& t) { ++_scount; }
	~A() { --_scount; }
	static int GetACount() { return _scount; }
private:
	static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
void TestA()
{
	cout << A::GetACount() << endl;
	A a1, a2;
	A a3(a1);
	cout << A::GetACount() << endl;
}

2. 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

#include <iostream>
using namespace std;
class Test
{
private:
        static int _n;
};
int main()
{
        cout << sizeof(Test) << endl;
        return 0;
}

在这里插入图片描述
Test类的大小为1，因为静态成员变量是存储在静态区的，属于整个类，也属于所有的对象，也就是说如果其中一个对象中静态成员变量_n的值发生改变，那么其他对象中_n的值也会发生改变。计算类的大小或是类对象的大小时，静态成员并不计入其总大小之和。

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

class Test
{
private:
        static int _n;
};
// 静态成员变量的定义初始化
//全局位置，类外面定义（不是在main函数中）
int Test::_n = 0;

注意：这里静态成员变量_n虽然是私有，但是我们在类外突破类域直接对其进行了访问。这是一个特例，不受访问限定符的限制，否则就没办法对静态成员变量进行定义和初始化了。

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

（1）当静态成员变量是共有的时：

#include <iostream>
using namespace std;
class Test
{
public:
        static int _n; //公有
};
// 静态成员变量的定义初始化
int Test::_n = 0;
int main()
{
        Test test;
        cout << test._n << endl; //1.通过类对象突破类域进行访问
        cout << Test()._n << endl; //3.通过匿名对象突破类域进行访问
        cout << Test::_n << endl; //2.通过类名突破类域进行访问
        return 0;
}

（1）当静态成员变量是私有的时：

#include <iostream>
using namespace std;
class Test
{
public:
        static int GetValue()
        {
                return _n;
        }
private:
        static int _n;
};
// 静态成员变量的定义初始化
int Test::_n = 0;
int main()
{
        Test test;
        cout << test.GetValue() << endl; //1.通过对象调用成员函数进行访问
        cout << Test().GetValue() << endl; //2.通过匿名对象调用成员函数进行访问
        cout << Test::GetValue() << endl; //3.通过类名调用静态成员函数进行访问
        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但普通成员函数却能访问所有变量包括静态成员变量

以前我们学过成员函数第一个参数默认是this指针，虽然我们没写，但编译器会自动帮我们写上，但这里如果一个成员函数是静态的，那这个函数就没有this指针了，也就意味着它无法直接访问任何非静态成员。

含有静态成员变量的类一般会有静态成员函数，用于访问静态成员变量。

class Test
{
public:
        static void Fun()
        {
                cout << _a << endl; //error不能访问非静态成员
                cout << _n << endl; //correct
        }
private:
        int _a; //非静态成员
        static int _n; //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
所以当静态成员变量设置为private时，尽管我们突破了类域，也不能对其进行访问。

【问题】

静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
不可以，因为非静态成员函数第一个参数默认为this指针，但是静态成员函数没有this指针所以调用不了。
非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
可以

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

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
{
	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;
}

注意：其中cout是ostream类的一个全局对象，cin是istream类的一个全局变量，<<和>>运算符的重载函数具有返回值是为了实现连续的输入和输出操作。

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

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。
比如在下面的代码中Date类是Time类的友元所以则在日期类中就直接访问Time类中的私有成员变量，但是Time类却不能访问Date类中的私有成员变量。
友元关系不能传递
如果B是A的友元，C是B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

1. 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。

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;
}

2. 特性

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、再次理解封装

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。