C++——类和对象（初始化列表、匿名对象、static成员、类的隐式类型转换和explicit关键字、内部类）

news2024/11/15 20:11:50

初始化列表、匿名对象、static成员、类的隐式类型转换和explicit关键字、内部类

本章思维导图：

在这里插入图片描述

注：本章思维导图对应的xmind文件和.png文件都已同步导入至资源

文章目录

  • 初始化列表、匿名对象、static成员、类的隐式类型转换和explicit关键字、内部类
  • 1. 初始化列表
    • 1.1 再谈构造函数
    • 1.2 初始化列表
      • 1.2.1 初始化列表的语法
      • 1.2.2 初始化列表的意义
    • 1.3 注意事项
  • 2. 匿名对象
  • 3. static成员
    • 3.1 static成员变量
    • 3.2 static成员函数
  • 4. 类的隐式类型转换和explicit关键字
    • 4.1 类的隐式类型转换
    • 4.1 explicit关键字
  • 5. 内部类

1. 初始化列表

在这里插入图片描述

1.1 再谈构造函数

众所周知，每个变量只能被初始化一次，我们之前一直认为成员变量的初始化是在构造函数的函数体中，但是，成员变量是可以在构造函数的函数体出现多次的：

class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
		//出现多次，且可以编译通过
		_year = 100;
		_month = 200;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

因此，我们只能认为在构造函数函数体内执行的是赋值操作，而不是初始化

这就说明，构造函数的函数体并不是类的成员变量真正初始化的地方，那么成员变量到底是在哪里初始化的呢？

1.2 初始化列表

初始化列表是成员变量真正初始化的地方

1.2.1 初始化列表的语法

初始化列表以分号:开始，以逗号,分割，每个成员变量后面带上放在括号()里的初始值或者表达式

例如，对于上面的构造函数：

Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		//初始化列表
    : _year(year)
    , _month(month)
    , _day(day)
{

}

1.2.2 初始化列表的意义

初始化列表解决了三类不能在构造函数的函数体内初始化的问题：

  • &修饰的引用成员变量——引用成员在定义时就必须初始化
  • const修饰的const成员变量——const变量在定义时就必须初始化
  • 没有默认构造的自定义类型——在函数体内不能初始化自定义类型

也就是说，上面所说三类成员变量必须在初始列表里面进行初始化。

例如;

class Stack
{
public:
    //这不是默认构造，因为要传参数
	Stack(int capacity)
	{

	}

private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
};

class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		: num1(2)
		, num2(_year)
		, st(3)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	
	const int num1;
	int& num2;
	Stack st;

};

1.3 注意事项

  • 因为初始化列表是成员变量初始化的地方，而每个变量又只能初始化一次，因此成员变量只能在初始化列表出现一次

  • 因为初始化列表是真正初始化成员变量的地方，因此无论有没有显示的写出初始化列表，成员变量都会经过初始化列表的初始化。

  • 如果没有显示的写出初始化列表，那么：

    • 对于内置类型，那就赋予其初始值
    • 对于自定义类型，就调用它的默认构造

  • 能使用初始化列表就使用初始化列表。但也不是说初始化列表就能完全替代函数体。因为有时候函数体需要进行检查等操作。

  • 初始化列表的初始化顺序是成员变量声明的顺序，而不是在初始化列表里出现的顺序。

    class A
{
public:
	A()
		: a1(1)
		, a2(a1)
	{
	}

	void Print()
	{
		cout << a1 << endl << a2 << endl;
	}
private:
	int a2;
	int a1;
};

int main()
{
	A a;
	a.Print();

	return 0;
}

/*output:
	1
	-858993460
*/
//a2声明在a1之前，因此，在初始化时，先执行a2(a1)，此时a1为随机值
//因此建议成员变量的初始化顺序和声明顺序一致

2. 匿名对象

在这里插入图片描述

class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		myCount++;
	}

	void Print()
	{
		cout << "Date" << endl;
	}
private:
	
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

如果我们想不实例化对象，但想调用Date类里的Print()函数来知道这是个什么类，该如何做到呢？

这里就可以用到我们的匿名对象来解决：

int main()
{
	Date().Print();	//Date()创建出一个匿名对象，再用这个匿名对象来调用成员函数Print()

	return 0;
}

创建匿名对象的方式：

className()

匿名对象的特点：

  • 匿名对象是一种临时对象，它没有分配给任何命名变量，而是在需要时被创建并使用
  • 其生命周期仅存在于当前行，执行完后立即销毁
  • 匿名对象一般是常量对象，不可被修改

3. static成员

在这里插入图片描述

如果我们想记录一个类究竟被构造了多少次

我们不难写出这样的代码：

//定义一个全局变量来记录类A构造的次数
int myCount = 0;

class A
{
public:
	//构造函数
	A()
	{
		myCount++;
	}
	//拷贝构造
	A(A& a)
	{
		myCount++;
	}
};

int main()
{
	A a[10];

	cout << myCount << endl;

	return 0;
}

但是这就出现了一个问题：我们可以在全局随意修改变量myCount的值：

int main()
{
	A a[10];

	myCount++;

	cout << myCount << endl;

	return 0;
}

这样也就不能保证类被构造次数的正确性了。

3.1 static成员变量

为了解决这个问题，我们可以在类里面声明一个static成员，并用这个成员来记录类被构造的次数：

class A
{
public:
	//构造函数
	A()
	{
		myCount++;
	}
	//拷贝构造
	A(A& a)
	{
		myCount++;
	}

private:
	static int myCount;
};

int A::myCount = 0;

这个由static修饰的静态成员变量有如下特点：

  • 这实际上也是一个全局变量，只是受类域和访问限定符所限制
  • 静态成员变量只能在类里面声明在类外面定义。
  • 静态成员变量在声明时不能和非静态成员变量一样给缺省值，因为这个缺省值是给初始化列表里用的，而静态成员变量不用初始化列表初始化。
  • 由static修饰的静态成员变量是这个类所属的，而不是由这个类实例化的某个对象所独有的

3.2 static成员函数

知道如何利用static成员变量之后，针对最开始的问题，我们不难写出下面的代码：

class A
{
public:
	//构造函数
	A()
	{
		myCount++;
	}
	//拷贝构造
	A(A& a)
	{
		myCount++;
	}

	//因为myCount被private修饰，在类外面无法访问
	//因此要用成员函数访问myCount
	int GetCount()
	{
		return myCount;
	}

private:
	static int myCount;
};

int A::myCount = 0;

int main()
{
	A a[10];

	//为了调用GetCount成员函数，必须要实例化一个对象，而这个对象是没有意义的，因此最终结果要减一
	cout << A().GetCount() - 1 << endl;
	return 0;
}

但是又有一个问题出现了：

我们只是想知道A类到底被调用了多少次，但是要知道这个结果又必须新实例化一个对象，有没有什么方法不实例化对象就可以直接得到myCount的值呢？

为了解决上述问题，就需要用到static成员函数

class A
{
public:
	//构造函数
	A()
	{
		myCount++;
	}
	//拷贝构造
	A(A& a)
	{
		myCount++;
	}

	//static静态成员函数
	static int GetCount()
	{
		return myCount;
	}

private:
	static int myCount;
};

int A::myCount = 0;

int main()
{
	A a[10];

	cout << A::GetCount() << endl;

	return 0;
}

由static修饰的静态成员函数有如下特点：

  • 和静态成员变量一样，静态成员函数实际上也是一个全局函数，只是受类域和访问限定符限制

  • 静态成员函数在类里面声明，但既可以在类外面定义也可以在类里面定义

  • 和非静态成员函数不同，静态成员函数没有this指针，因此静态成员函数无法访问非静态成员变量和非静态成员函数，但也因如此，它可以直接通过类名和域作用限定符::调用。

在这里插入图片描述

4. 类的隐式类型转换和explicit关键字

4.1 类的隐式类型转换

以前我们一般是这么实例化一个对象的：

class Date
{
public:

private:
};

int main()
{
	Date d1;	//利用构造函数实例化对象
	Date d2(d1);	//利用拷贝构造实例化对象

	return 0;
}

现在又有一个新的实例化对象的方法——类的隐式类型转换

class A
{
public:
	A(int a = 1)
		: _a(a)
	{

	}

private:
	int _a;
};
int main()
{
	A A1 = 10;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

可以看出，整形10确实被转换为了A类型。

根据当隐式类型转换发生时会产生临时变量的知识点，我们可以推导出A A1 = 10这行代码的具体实现逻辑：

在这里插入图片描述

应该清楚，要支持这种隐式类型转换，该类的构造函数应该支持只传一个内置类型就可以实现构造

例如对于下面几种情况，就不支持内置类型隐式转换为类类型：

//Error_1
class A
{
public:
	A()
		: _a(a)

	{

	}

private:
	int _a;
};
int main()
{
	A A1 = 10;

	return 0;
}
/*
报错：
 	error C2065: “a”: 未声明的标识符
 	error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“A”
	message : 无构造函数可以接受源类型，或构造函数重载决策不明确
*/

//Error_2
class A
{
public:
	A(int a, int b)
		: _a(a)

	{

	}

private:
	int _a;
	int _b;
};
int main()
{
	A A1 = 10;

	return 0;
}
/*
报错：
	error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“A”
 	message : 无构造函数可以接受源类型，或构造函数重载决策不明确
*/

类似的，对于有多个形参的构造函数，我们也可以传入多个内置类型进行构造：

class Date
{
public:
	Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{

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

int main()
{
	Date d3 = {2023, 11, 7};	//传入三个内置类型进行构造

	return 0;
}

在这里插入图片描述

4.1 explicit关键字

有些时候，如果我们不想让上面所说的隐式类型转换发生，我们可以在构造函数的声明前加上explicit关键字：

explicit Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
    : _year(year)
        , _month(month)
        , _day(day)
    {

    }

加上explicit关键字后，如果继续进行隐式类型转换，就会报错：

 error C3445: "Date" 的复制列表初始化不能使用显式构造函数

5. 内部类

C++支持在类的内部继续创建类，例如：

class A
{
public:
	class B
	{

	};

private:
	int _a;
	int _b;
};

内部类有如下的特点：

  • 内部类是一个独立的类，它不属于外部类，不能通过外部类的对象来访问内部类的成员

  • 内部类天生就是外部类的友元类，可以直接访问外部类的成员变量和成员函数

    class A
{
public:
	class B
	{
		void Print(A& a)
		{
			a._a = 1;
		}

	public:
		int _b;
	};

private:
	int _a;
};

  • sizeof(外部类)的结果和内部类无关

    class A
{
public:
	class B
	{
	public:
		int _b;
	};

private:
	int _a;
};

int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;

	return 0;
}

//output：4

  • C++类和对象的知识到这里就学习完毕了，之后博主会发布C++类和对象的总结篇

  • 下一篇，博主将介绍C++的内存管理，感兴趣的小伙伴可以来看看哦~

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