【C++ 初阶路】--- 类和对象(末)

news2024/10/7 20:36:18

目录

  • 一、const成员
    • 1.1 取地址及const取地址操作符重载
  • 二、再谈构造函数
    • 2.1 构造函数体赋值
    • 2.2 初始化列表
    • 2.3 explicit关键字
  • 三、static成员
    • 3.1 概念
    • 3.2 特性
  • 四、友元
    • 4.1 友元函数
    • 4.2 友元类
  • 五、内部类
  • 六、匿名对象

一、const成员

将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。

在这里插入图片描述

  1. const对象不可以调用非const成员函数 -> 权限放大
  2. 非const对象可以调用const成员函数 -> 权限缩小
  3. const成员函数内不可以调用其它的非const成员函数 -> this指针被const修饰，权限放大
  4. 非const成员函数内可以调用其它的const成员函数 -> 权限缩小

1.1 取地址及const取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义 ，编译器默认会生成。

class Date
{
public:
	Date* operator&()
	{
		return this;
	}
	const Date* operator&() const
	{
		return this;
	}
private:
	int _year; // 年
	int _month; // 月
	int _day; // 日
};

这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容！

二、再谈构造函数

2.1 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:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_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。

2.2 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。

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

【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)
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 
};

有一些变量(引用，const)必须要在定义时初始化，对于一个类来说，在对象实列化时就整体定义了，那么哪里是每个成员定义的地方呢？ 于是找到了对象实例化必须调用的构造函数，但如果在构造函数体中的话，可能出现多次初始化的情况。 最后规定了初始化列表这一概念！其是每个成员变量定义初始化的位置！ 如上如所示

在构造函数体中的是赋值修改！ 能用初始化列表就建议使用初始化列表

  1. 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(即使初始化列表未给值，被初始化为随机值)。 我们前面讲的在声明时给缺省值，其实那个缺省值就是给初始化列表用的！

  2. 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() {
        std::cout << _a1 << " " << _a2 << std::endl;
    }
private:
    int _a2;
    int _a1;
};
int main() {
    A aa(1);
    aa.Print();
}

在这里插入图片描述

2.3 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。

class C
{
public:
	C(int c = 0)
		:_c(c)
	{}
private:
	int _c;
};

int main()
{
	C cc1(10);
	C cc2 = 2;
	const C& cc3 = 3;   //3处
	return 0;
}

如上程序可以正常运行，正是因为单参数构造函数支持隐式类型转换！ 此处用2构造了一个类C的临时对象，然后再拷贝构造cc2。即：用一个整形变量给C类型对象赋值，实际编译器背后会用2构造一个无名对象，最后用无名对象给cc2对象进行拷贝构造。

3处也是可以的，cc3引用3构造出来的临时对象，具有常性，需要const引用！

用法粗略演示，MyStack类中存放C类，如果要插入数据，就要先定义C类对象(C cc1(1))，然后再插入(st.Push(cc1))。这样的话就太麻烦了，我们便可用如上方法，合理运用隐式类型转换！

class MyStack
{
public:
	void Push(const C& c) { /* ... */ }
private:
	C cc;
	// ...
};
int main()
{
	MyStack st1;
	C cc1(1);
	st1.Push(cc1);

	st1.Push(2); //单参数构造函数支持隐式类型转换
	return 0;
}

虽然有多个参数，但是创建对象时后两个参数可以不传递，也具有类型转换作用，如下日期类：

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

用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。

三、static成员

3.1 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定义初始化

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; } //静态成员函数
private:
	static int _scount; //静态成员变量
};
int A::_scount = 0;  //类中声明，类外定义
void TestA()
{
	std::cout << A::GetACount() << std::endl;
	A a1, a2;
	A a3(a1);
	std::cout << A::GetACount() << std::endl;
}

3.2 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？
  2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

四、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

4.1 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。

//若重载成类的成员函数： ostream& operator<<(const Date* this, ostream& _cout);
// 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;
}

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。

//类中声明：
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);

//类外定义：
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
	_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
 	return _cout; 
}

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（因为const修饰的是隐藏的this，而友元函数没有隐藏的this指针）；
  • 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；

4.2 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 = 2024, int month = 6, int day = 26)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}
	void TimePrint()
	{
		//直接访问时间类私有的成员变量
		std::cout << _t._hour << ":" << _t._minute << ":" << _t._second << std::endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;

	Time _t;
};

五、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。

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。
class A
{
public:
	//B类受A类的类域限制
	class B
	{
	public:
		void func(const A& a)
		{
			//B 天生就是 A 的友元, static成员直接访问
			std::cout << a._a << _c <<  std::endl;
		}
	private:
		int _b;
	};

	void fx(const B& b)
	{
		//std::cout << b._b << std::endl;  //不可访问，单向友元
	}
private:
	int _a;
	static int _c;
};
int _c = 10;

int main()
{
	A::B b;   //若 B 设为private，则不可访问
	std::cout << sizeof(A) << std::endl;  // ->  4
	return 0;
}

六、匿名对象

我们前面讲过不能这么(A aa1();)定义对象，因为编译器无法识别是一个函数声明，还是对象定义。 但是我们可以这么(A();)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! 仿函数部分用的较多。

在这里插入图片描述

Date d;
d.Solution(10); //有名对象调用
Date().Solution(10); //匿名对象调用

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