【本节目标】
1. 再谈构造函数
2. Static成员
3. 友元
4. 内部类
5.匿名对象
6.拷贝对象时的一些编译器优化
7. 再次理解封装
1. 再谈构造函数
1.1 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。
#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
// 函数体内初始化
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2023, 11, 7);
return 0;
}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。
1.2 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。
#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}// 初始化列表
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2023, 11, 7);
return 0;
}
【注意】
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)
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 1)
:_a(a)
{
cout << "A(int a = 1)" << endl;
}
private:
int _a;
};
class B
{
public:
B(int ref, int year, int month, int day)
:_ref(ref)
,_n(10)
{
// 函数体内初始化
// 这里的三个成员没有在初始化列表显示定义
// 但是这里也会定义，只是内置类型默认给的随机值
// 如果时自定义类型成员会去调用它的默认构造函数
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
//声明，没有开空间，对象定义时才开空间
int _year;
int _month;
int _day;
A _aobj; // 此时有默认构造函数
int& _ref; // 引用：必须在定义的时候初始化
const int _n; // const：必须在定义的时候初始化
};
int main()
{
//定义：对象整体定义
//每个成员在初始化列表处定义
B b(1, 2023, 11, 7);
return 0;
}运行结果：
如果我们类A没有默认构造呢？
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
private:
int _a;
};
class B
{
public:
B(int ref, int year, int month, int day)
:_aobj(1)
,_ref(ref)
,_n(10)
,_year(2) //显示写了就不会用缺省值
{
// 函数体内初始化
// 这里的三个成员没有在初始化列表显示定义
// 但是这里也会定义，只是内置类型默认给的随机值
// 如果时自定义类型成员会去调用它的默认构造函数
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
//声明，没有开空间，对象定义时才开空间
int _year = 1;//缺省值给参数列表
int _month;
int _day;
A _aobj; // 没有默认构造函数
int& _ref; // 引用：必须在定义的时候初始化
const int _n; // const：必须在定义的时候初始化
};
int main()
{
//定义：对象整体定义
//每个成员在初始化列表处定义
B b(1, 2023, 11, 7);
return 0;
}总结：自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)，我们就要用要初始化列表去初始化。有些自定义成员想要显示初始化，自己控制初始化，尽量使用初始化列表，但是我们也要函数体初始化，因为优秀初始化或者检查的工作，初始化列表不能全部搞定，比如malloc开辟空间的检查。它们能混着用。初始化列表不同同时出现相同的成员，但是初始化列表和函数体可以同时出现。
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:
// 默认构造函数之一
Time(int hour = 0)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int day)
//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。
{}
private:
int _day;
Time _t;
};
int main()
{
Date d(1);
return 0;
}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
#include <iostream>
using namespace std;
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();
}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，这里先初始化的是_a2，用_a1初始化_a2，由于此时_a1还未初始化，所以此时是随机值，随后再初始化_a1，用a初始化_a1，此时显示给了值，所以_a1被初始化为1，建议声明和初始化列表顺序保持一致，避免出现理解问题。
1.3 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 A
{
public:
A(int a)
:_a(a)
{}
A(int *p){}
private:
int _a = 0;
};
int main()
{
A a1(1);
A a2(2);
// 内置类型对象 隐式转换成自定义类型对象
// 这里会形成一个临时变量A(3)，然后拷贝构造给a3
// 但是这里支持这个转换是有条件的 - 通过构造函数实现
// 是有A的int单参数构造函数
A a3 = 3;
int* p = nullptr;
//A a4 = p; // error C2440: “初始化”: 无法从“int *”转换为“A”
//A(int *p){}写上这个就不会报错了
// 这里不能引用不是因为类型不同
// 是因为产生的临时变量具有常属性
// 这里需要加上const
// A& ra = 3;//error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“A &”
const A& ra = 3;
return 0;
}用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
explicit A(int a)
:_a(a)
{}
private:
int _a = 0;
};
int main()
{
A a1(1);
A a2(2);
// 内置类型对象 隐式转换成自定义类型对象
// 这里会形成一个临时变量A(3)，然后拷贝构造给a3
// 但是这里支持这个转换是有条件的 - 通过构造函数实现
// 是有A的int单参数构造函数
// 如果不想让隐式类型转换发生，构造函数加上explicit
//A a3 = 3;//error:C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“A”
//但是我们可以强转
A a3 = A(3);
const A& ra = A(3);
return 0;
}多个参数的构造函数，此时还具有具有类型转换作用嘛？C++加入了多个参数的构造函数。
#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
//多个参数的构造函数，半缺省，其他两个参数给了缺省值
//隐式转化，同样支持传一个参数的半缺省（全缺省）的构造函数
Date(int year, int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
,_month(month)
,_day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2023, 11, 9);
//这里编译运行通过，但是结果不对
//这里是逗号表达式，结果year被改为12
//月份和天数都是默认没有传参，使用的是缺省值
//等价于Date d2 = 12;
Date d2 = (2002, 12, 12);
Date d3 = 2023;
//多参数
//C++11支持
Date d4 = { 2023, 11, 9 };
//产生临时变量
const Date& d5 = { 2023, 11, 9 };
return 0;
}运行结果：
2. static成员
2.1 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
问：计算程序中创建出了多少个类对象。
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A() {}
A(const A& t) {}
~A() {}
private:
};
A func()
{
A aa;
return aa;//传值返回形成一次拷贝
}
int main()
{
A aa;
func();
return 0;
}我们可以定义一个全局变量count来计算。 bmvv
#include <iostream>
using namespace std;
int count = 0;//定义全局变量
class A
{
public:
A() { ++count; }
A(const A& t) { ++count; }
~A() {}
private:
};
A func()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
A aa;
func();
cout << count << endl;
return 0;
}但是这里代码报错了。
因为C++库中还有一个count函数，和我们这里定义的全局变量出现冲突，这里可以用我们的命名空间解决。
#include <iostream>
using namespace std;
namespace yu
{
int count = 0;//定义全局变量
}
class A
{
public:
A() { ++yu::count; }
A(const A& t) { ++yu::count; }
~A() {}
private:
};
A func()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
A aa;
func();
cout << yu::count << endl;
return 0;
}输出结果：
但是这里的全局变量不太好，如果我们后面有一个B类也想求创建了多少个对象，此时还需要将count变量重置为0，太繁琐了。那我们可以将这个count变量变成这个类的成员变量，这样就和其他的类没有冲突了。但是这里要注意一下，此时我们的count是属于某个对象的，每个对象都有一个独自的count变量，此时加加的是每一个对象的count变量，我们这里要将全局变量成为一个类的专属，此时就要使用static修饰该成员变量。
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
//c++对象都是构造或者拷贝过来的
A() { ++count; }
A(const A& t) { ++count; }
~A() {}
//private:
//static int count = 0;//这里不支持给缺省值
//因为初始化列表是初始化某一个对象，这个count不属于某一个对象
// 规定类里面声明，类外定义
static int count;
//普通的成员变量要走初始化列表，缺省值是给初始化列表的
};
int A::count = 0;//定义
A func()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
A aa;
func();
//公有的情况下访问count
//属于整个类，属于这个类的所有对象
//受访问限定符限制
cout << A::count << endl;
cout << aa.count << endl;
cout << &A::count << endl;
cout << &aa.count << endl;
return 0;
}运行结果：
上面为了求出这个结果，我们将类中的私有变量变成公开的，违反了封装性原理。我们可以通过一个Get成员函数获取count的值
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
//c++对象都是构造或者拷贝过来的
A() { ++count; }
A(const A& t) { ++count; }
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
int GetCountValue()//只读不写
{
return count;
}
private:
//static int count = 0;//这里不支持给缺省值
//因为初始化列表是初始化某一个对象，这个count不属于某一个对象
// 规定类里面声明，类外定义
static int count;
//普通的成员变量要走初始化列表，缺省值是给初始化列表的
};
int A::count = 0;//定义
A func()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
//A aa;
//cout << aa.GetCountValue() << endl;
//如果我们这里没有aa对象呢？？？
//然后我们想计算在func函数种有多少个对象？
func();
//方法一：创建一个对象，计算出结果然后再减去创建出来的这个对象的个数
A aa;//有名对象
cout << aa.GetCountValue() - 1 << endl;
//方法二：匿名对象，声明周期只在这一行
//这里减2是因为方法一中创建了一个对象，方法二也创建了一个对象
cout << A().GetCountValue() -2 << endl;
return 0;
}但是这里的写法还是不太好，我们可以使用静态成员函数。
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
//c++对象都是构造或者拷贝过来的
A() { ++count; }
A(const A& t) { ++count; }
~A() {}
//静态成员函数，特点：没有this指针
//不需要用对象调用
static int GetCountValue()//只读不写
{
//这里只能访问count，因为该函数没有this指针
//非静态的成员变量都是通过this访问
//_a;//error C2597: 对非静态成员“A::_a”的非法引用
return count;
}
private:
//static int count = 0;//这里不支持给缺省值
//因为初始化列表是初始化某一个对象，这个count不属于某一个对象
// 规定类里面声明，类外定义
static int count;
int _a;
//普通的成员变量要走初始化列表，缺省值是给初始化列表的
};
int A::count = 0;//定义
A func()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
A aa;
func();
cout << A::GetCountValue() << endl;
return 0;
}我们来计算一下此时sizeof(A)的大小
上面可以发现求出来的sizeof大小是4个字节，没有计算静态成员变量的大小，因为静态成员变量不属于对象。
2.2 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
- 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
- 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
- 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 访问限定符的限制
【问题】
1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
- 静态成员函数不可以调用非静态成员函数，静态成员函数也无法访问特定对象的非静态成员变量，因为它不与任何特定对象相关联。静态变量它没有this指针，静态成员函数只能访问静态成员变量和其他静态成员函数，因为它们与类本身相关，而不是与类的实例相关。
2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
- 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数，因为静态成员函数属于整个类，而不是特定的对象实例。非静态成员函数可以通过类名或者通过 this 指针来调用静态成员函数。
总结一下：静态成员函数和静态成员变量，本质是受限制的全局变量和全局函数。静态成员变量专属这个类，受类域和访问限定符的限制。
3. 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
3.1 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。
#include <iostream>
using namespace std;
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;
}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
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。
- 友元关系是单向的，不具有交换性。 比如上述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;
};4. 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。
class A
{
public://注释该访问限定符就不能访问B，因为class默认为private
// A和B关系
// B就是一个普通类，只是受类域和访问限定符限制
// B天生就是A的友元
class B
{
public:
void funcA()
{
A aa;
aa._a;//B是A的友元
}
private:
int _b;
};
void funcB()
{
B bb;
//bb._b;//error : A不是B的友元
}
private:
int _a;
};
int main()
{
cout << sizeof(A) << endl;//4
A aa;
//B bb;//error
A::B bb;
return 0;
}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)=外部类，和内部类没有任何关系。
5.匿名对象
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;
// 不能这么定义对象，因为编译器无法识别下面是一个函数声明，还是对象定义
//A aa1();
// 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，
// 但是他的生命周期只有这一行，我们可以看到下一行他就会自动调用析构函数
A();
A aa2(2);
// 匿名对象在这样场景下就很好用，当然还有一些其他使用场景，这个我们以后遇到了再说
Solution().Sum_Solution(10);
return 0;
}6.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。以下为2018编译器下Debug版本下的结果。
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 func(A aa)
{}
A func1()
{
A aa;
return aa;
}
int main()
{
A aa1(1);//构造函数
//一个已经存在的对象拷贝初始化另一个要创建的对象
A aa2(aa1);//拷贝构造
A aa3 = aa1;//拷贝构造
//两个已经存在的对象拷贝，赋值拷贝
aa3 = aa2;//赋值
A aa4 = 1;
//1.先用1构造一个临时对象
//2.再用临时对象拷贝构造aa4
//3.编译器优化：同一个表达式中，连续构造+构造、构造+拷贝构造、拷贝构造+拷贝构造会合二为一
//构造+构造 ->构造
//构造+拷贝构造 ->构造
//拷贝构造+拷贝构造 ->拷贝构造
const A& aa5 = 2;
//1.先用2构造一个临时对象
//2.然后aa5就是这个临时对象的别名
A aa6;//构造
func(aa6);//拷贝构造+析构aa
func(A(2));//被优化成：构造+拷贝构造 ->构造
func(3);
//1.先用3构造一个临时对象
//2.被优化成：构造+拷贝构造 ->构造
//3.3直接去构造对象aa
A aa7 = func1();
//1.先拷贝构造形成一个临时对象
//2.临时对象再拷贝构造给aa7
//3.被优化成：拷贝构造+拷贝构造 ->拷贝构造
A aa8;
aa8 = func1();
//1.先拷贝构造形成一个临时对象
//2.临时对象再赋值拷贝构造给aa7
func1();//不接收返回值
//1.func1()函数里的aa对象构造一次
//2.然后再拷贝构造形成一个临时对象
return 0;
}7. 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。比如想要让计算机认识洗衣机，就需要：
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。
8. 练习题
1.求1+2+3+...+n，要求不能使用乘除法、for、while、if、else、switch、case等关键字及条件判 断语句（A?B:C）OJ链接
2.计算日期到天数的转换 OJ链接
3.日期差值 OJ链接
4.打印日期 OJ链接
5.累加天数 OJ链接
本章结束啦！！！
