类和对象深入理解

news2024/11/19 14:42:37

目录

  • static成员
    • 概念
      • 静态成员变量
        • 面试题
        • 补充
          • 代码1
          • 代码2
          • 代码3
          • 如何访问private中的成员变量
      • 静态成员函数
        • 静态成员函数没有this指针
    • 特性
  • 友元
    • 友元函数
    • 友元类
  • 内部类
    • 特性1
    • 特性2
  • 匿名对象
  • 拷贝对象时的一些编译器优化

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static成员

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

静态成员变量

面试题

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()
	{
		++n;
	}
	A(const A& aa)
	{
		++ n;
	}
private:
	static int n;
}; 
int A::n = 0;

这里的n就是一个静态全局变量,注意静态变量是不能给缺省值的,因为他不是单独属于某一个对象,而是属于这个类的所有对象,因此需要在类外面定义

由于n受域作用限定符的限制,当我们屏蔽掉private后就可以访问n了
在这里插入图片描述

我们再来看看下面的三段代码

补充
代码1
class A
{
public:
	A()
	{
		++n;
	}
	A(const A& aa)
	{
		++ n;
	}
//private:
	static int n;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{
	A aa1;
	A aa2;
	A* ptr = nullptr;
	cout << aa1.n << endl;
	cout << aa2.n << endl;
	cout << ptr->n << endl;
	return

在这里插入图片描述

代码2
class A
{
public:
	A()
	{
		++n;
	}
	A(const A& aa)
	{
		++ n;
	}
//private:
	static int n;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{
	A aa1;
	//A aa2;
	A* ptr = nullptr;
	cout << aa1.n << endl;
	//cout << aa2.n << endl;
	cout << ptr->n << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

代码3
class A
{
public:
	A()
	{
		++n;
	}
	A(const A& aa)
	{
		++ n;
	}
//private:
	static int n;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{
	//A aa1;
	//A aa2;
	A* ptr = nullptr;
	//cout << aa1.n << endl;
	//cout << aa2.n << endl;
	cout << ptr->n << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
上面的三个代码中ptr输出的n的值是不一样的,这需要我们了解static存储的变量在静态区
比如ptr->n,n并不在ptr指向的对象里,而是在静态区,在寻找n的时候就是去静态区里找
因为是受到static修饰,所以n的值是全局变量,全局变量不想局部变量,出了作用域后就会销毁然后从新开始,也就是说这里的n不会因为一个对象结束后就重新变成0

如何访问private中的成员变量

上面的代码中我们都是将private屏蔽掉才可以访问到n的,当private没有屏蔽的时候,就会因为权限导出不允许访问
在这里插入图片描述
要想解决这个问题只有在公有区域里创建一个函数Getn()去获得n的值

class A
{
public:
	A()
	{
		++n;
	}
	A(const A& aa)
	{
		++ n;
	}
	int Getn()
	{
		return n;
	}
private:
	static int n;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{
	A aa1;
	cout << aa1.Getn() << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

静态成员函数

静态成员函数的访问方式如下
在这里插入图片描述
A::Getn()也是可以这样访问的,另外静态成员变量也同理
在这里插入图片描述

静态成员函数没有this指针

静态成员函数与普通的成员函数不同点在于静态成员函数没有this指针,所以不能访问非静态成员变量或者函数

class A
{
public:
	A()
	{
		++n;
	}
	A(const A& aa)
	{
		++ n;
	}
	static int Getn()
	{
		a++;
		return n;
	}
private:
	static int n;
	int a;
}; 
int A::n = 0;
int main()
{
	A aa1;
	cout << A::n << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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

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。所以友元我们了解一下就行了
友元分为：友元函数和友元类

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;
}

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(没有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

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

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;
};

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，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. sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。
2. 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的,且内部类受类域限制
3. 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(内部类是外部类的友元类)

特性1

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;
            cout << a.h << endl;
        }
    };
};
int A::k = 1;
int main()
{
    A::B b;
    b.foo(A());
    cout << sizeof(A) << endl;

    return 0;
}

在这里插入图片描述

sizeof(A)的结果是4,可能很多人会觉得B在A里面的,所以sizeof(A)的结果是包含了B的空间的,但是事实上不是这样的,如果要让sizeof(A)的结果是算上B的空间大小的话应该像下面这段代码这样写

class B
{
private:
    int _b1;
};
class A
{
private:
    static int k;
    int h;
    B _b;
}

此外类是不占用空间的,因为类只是一个声明,而在定义的时候才会有空间,也就是说声明只是说有这么一个东西,但是不会讲空间分配给他,而定义则是让这个东西真实的存在,并分配空间给他

特性2

内部类也是受访问限定符和类域的限制

class A
{
public:
        class B
        {

        };
};
int main()
{
    A a;
    B b;
    return 0;
}

在这里插入图片描述
当我们用域作用限定符的时候就可以正常运行

class A
{
public:
        class B
        {

        };
};
int main()
{
    A a;
    A::B b;
    return 0;
}

在这里插入图片描述
但是当class B 在A的private中就会因为B是私有导致无法访问

class A
{
private:
        class B
        {

        };
};
int main()
{
    A a;
    A::B b;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

匿名对象

匿名对象就是没有名字的对象,他的特点是生命周期只在当前一行

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a)" <<a<< endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A aa1;
	A aa2(2);
	A();
	A(3);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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。
但是不同的编译器优化程度是不同的,所以我们只需要简单了解一下就可以了

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()
{
 // 传值传参
 A aa1;
 f1(aa1);
 cout << endl;
 // 传值返回
 f2();
 cout << endl;
 // 隐式类型，连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
 f1(1);
 // 一个表达式中，连续构造+拷贝构造->优化为一个构造
 f1(A(2));
 cout << endl;
 // 一个表达式中，连续拷贝构造+拷贝构造->优化一个拷贝构造
 A aa2 = f2();
 cout << endl;
 // 一个表达式中，连续拷贝构造+赋值重载->无法优化
 aa1 = f2();
 cout << endl;
 return 0;
}

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