C++从入门到起飞之——友元内部类匿名对象对象拷贝时的编译器优化 全方位剖析！

news2025/4/26 1:44:02

🌈个人主页：秋风起，再归来~
🔥系列专栏：C++从入门到起飞          
🔖克心守己，律己则安

目录

1、友元

2、内部类

3、 匿名对象

4、对象拷⻉时的编译器优化

5、完结散花

1、友元

• 友元提供了⼀种突破类访问限定符封装的⽅式，友元分为：友元函数和友元类，在函数声明或者类 声明的前⾯加friend，并且把友元声明放到⼀个类的⾥⾯。

友元类：

class A
{
public:
	//B是A的友元类
	friend class B;
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
};

class B
{
public:
	B()
	{
		//......
	}
	void func(const A& aa)
	{
		//访问A的私有成员
		cout << aa._a1 << endl;
		cout << aa._a2 << endl;
	}
private:
	int _b1 = 3;
	int _b2 = 4;
};

int main()
{
	A aa1;
	B bb1;
	bb1.func(aa1);
	return 0;
}

 友元函数：

class A
{
public:
	//B是A的友元类(友元声明)
	friend class B;
	//func是A类的友元函数(友元声明)
	friend void func(const A& aa);
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
};

void func(const A& aa)
{
	cout << aa._a1 << endl;
	cout << aa._a2 << endl;
}

• 外部友元函数可访问类的私有和保护成员，友元函数仅仅是⼀种声明，他不是类的成员函数。

• 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。

// 前置声明，不然A的友元函数声明编译器不认识B
class B;

class A
{
public:
	//B是A的友元类(友元声明)
	friend class B;
	//func是A类的友元函数(友元声明)
	friend void func(const A& aa,const B& bb);
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
};

class B
{
public:
	friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:
	int _b1 = 3;
	int _b2 = 4;
};

void func(const A& aa, const B& bb)
{
	cout << aa._a1 << endl;
	cout << aa._a2 << endl;
	cout << bb._b1 << endl;
	cout << bb._b2 << endl;
}

int main()
{
	A aa1;
	B bb1;
	func(aa1,bb1);
	return 0;
}

• 友元类中的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私有和保护成员。 • 友元类的关系是单向的，不具有交换性，⽐如A类是B类的友元（A可以访问B的私有或保护成员，但B不可以），但是B类不是A类的友元。

• 友元类关系不能传递，如果A是B的友元，B是C的友元，但是A不是B的友元。

• 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。

2、内部类

• 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，跟定义在 全局相⽐，他只是受外部类类域限制和访问限定符限制，所以外部类定义的对象中不包含内部类。

• 内部类默认是外部类的友元类（即内部类可以访问外部类的私有和保护成员）。


class A
{
public:
	//内部类
	class B//默认是A的友元类
	{
	public:
		void func(A& aa)
		{
			A::a++;
			aa.b++;//访问A类的私有成员
		}
	private:
		int b1 = 1;
		int b2 = 2;
	};
private:
	static int a;
	int b = 1;
};

int main()
{
	A a;
	cout << sizeof(a) << endl;
	return 0;
}

a对象的大小是4说明B类是一个独立的类 ，外部类定义的对象中不包含内部类！

• 内部类本质也是⼀种封装，当A类跟B类紧密关联，A类实现出来主要就是给B类使⽤，那么可以考 虑把A类设计为B的内部类，如果放到private/protected位置，那么A类就是B类的专属内部类，其 他地⽅都⽤不了。

上篇文章的OJ题就可以用内部类来进行封装！

求1+2+3+...+n_⽜客题霸_⽜客⽹

描述

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）。

数据范围：0<n≤200
进阶： 空间复杂度 O(1) ，时间复杂度 O(n)

示例1

输入：

5

复制返回值：

15

示例2

输入：

1

复制返回值：

1

OJ链接

class Solution 
{
    class Sum
    {
    public:
        Sum()
        {
            ret+=i;
            ++i;
        }
    };
    static int i;
    static int ret;
public:
    int Sum_Solution(int n)
    {
        //Sum a[n];变长数组
        //创建n个对象来调用n次构造函数
        Sum* p=new Sum[n];
        return ret;
    }
   
};
//用静态的成员变量来记录结果
int Solution::i=1;
int Solution::ret=0;

3、 匿名对象

• ⽤类型(实参)定义出来的对象叫做匿名对象，相⽐之前我们定义的类型对象名(实参)定义出来的 叫有名对象

• 匿名对象⽣命周期只在当前⼀⾏，⼀般临时定义⼀个对象当前⽤⼀下即可，就可以定义匿名对象。

class A
{

};

int main()
{
	A();//定义的匿名对象，生命周期只存在当前这一行
}
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(1);
	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;
}

4、对象拷⻉时的编译器优化

• 现代编译器会为了尽可能提⾼程序的效率，在不影响正确性的情况下会尽可能减少⼀些传参和传参 过程中可以省略的拷⻉。

• 如何优化C++标准并没有严格规定，各个编译器会根据情况⾃⾏处理。当前主流的相对新⼀点的编 译器对于连续⼀个表达式步骤中的连续拷⻉会进⾏合并优化，有些更新更"激进"的编译还会进⾏跨 ⾏跨表达式的合并优化。

class A
{
public:
	A(int a=0)
	{
		cout << "调用构造！" << endl;
	}
	A(const A& a)
	{
		cout << "调用拷贝构造！" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "调用析构！" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	//原来是先用1调用构造创建一个临时对象，再用临时对象拷贝构造对象a1
	//在VS2022上编译器优化为直接构造a1
	A a1 = 1;
	return 0;
}

原来是先用1调用构造创建一个临时对象，再用临时对象拷贝构造对象a1，在VS2022上编译器优化为直接构造a1！

跨 ⾏跨表达式的没有优化：

class A
{
public:
	A(int a=0)
	{
		cout << "调用构造！" << endl;
	}
	A(const A& a)
	{
		cout << "调用拷贝构造！" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "调用析构！" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

void f(A aa)
{
	//......
}

int main()
{
	A a(1);//构造
	f(a);//传值传参，拷贝构造
	return 0;
}

 构造与拷贝构造并没有在一个连续的步骤当中，所以编译器并没有进行优化!

匿名对象触发优化&隐式类型转换触发优化：

int main()
{
	//A a(1);//构造
	//f(a);//传值传参，拷贝构造

	f(A(1));//匿名对象触发优化
	cout << endl;
	f(1);//隐式类型转换触发优化
	return 0;
}

 传值返回进行优化：

class A
{
public:
	A(int a=0)
	{
		_a = a;
		cout << "调用构造！" << endl;
	}
	A(const A& a)
	{
		cout << "调用拷贝构造！" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "调用析构！" << endl;
	}
	void Print()
	{
		cout << "_a->" << _a << endl;
	}
private:
	int _a;
};

void f(A aa)
{
	//......
}

//传值返回
A f2()
{
	A aa(1);//调用构造
	return aa;//调用拷贝构造创建临时对象
}

int main()
{
	f2().Print();
	return 0;
}

在VS2019debug模式下，f2函数体内，先调用构造函数初始化aa, 再用aa调用拷贝构造创建临时对象作为返回值，函数调用结束后，aa生命周期结束，调用析构函数。临时对象作为返回值其生命周期在当前一行，调用Print函数后，生命周期结束，再次调用析构。

 而在在VS2022debug模式下，其优化更为激进，编译器并没有构造aa，而是直接构造临时对象。为什么是没有构造aa呢？原因就在于析构函数的调用是在Print函数调用之后才调用的！

 既然编译器敢这么优化，就不怕出bug吗？下面我们来写一个程序测试一下！

class A
{
public:
	A(int a=0)
	{
		_a = a;
		cout << "调用构造！" << endl;
	}
	A(const A& a)
	{
		cout << "调用拷贝构造！" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "调用析构！" << endl;
	}
	void Print()
	{
		cout << "_a->" << _a << endl;
	}
	//这里重载一个前置++
	A& operator++()
	{
		_a += 100;
		return *this;
	}
private:
	int _a;
};

void f(A aa)
{
	//......
}

//传值返回
A f2()
{
	A aa(1);//调用构造
	++aa;//如果编译器还像之前那样优化，并且打印的_a是101，就算他牛逼！
	return aa;//调用拷贝构造创建临时对象
}

int main()
{
	f2().Print();
	return 0;
}

 这里没有构造aa,却在构造临时对象时根据程序员的想法，对_a进行了++操作，我们可以看到编译器敢这么优化，他还是敢作敢当的！

5、完结散花

好了，这期的分享到这里就结束了~

如果这篇博客对你有帮助的话，可以用你们的小手指点一个免费的赞并收藏起来哟~

如果期待博主下期内容的话，可以点点关注，避免找不到我了呢~

我们下期不见不散~~

​​​​

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