C++：类和对象(下篇)

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。

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，但是不能将其称作为类对象成员的初始化，构造函数体中的语句只能将其称作为赋初值，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。

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _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：

① 引用成员变量

② const成员变量

③ 自定义类型成员(该类没有默认构造函数)

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
};

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。

class Time
{
public:
	Time(int hour = 0)
		:_hour(hour)
	{
		cout << "Time()" << endl;
	}
private:
	int _hour;
};

class Date
{
public:
	Date(int day)
	{}
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。

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();//1 和 随机值

	return 0;
}

1.3 explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用。

class Date
{
public:
	Date(int year)
		:_year(year)
	{}
	explicit Date(int year)
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

void TestDate()
{
	Date d1(2018);
	// 用一个整形变量给日期类型对象赋值
	// 实际编译器背后会用2019构造一个无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值
	d1 = 2019;
}

上述代码可读性不是很好，用explicit修饰构造函数，将会禁止单参构造函数的隐式转换。

2.类型转换

• C++支持内置类型隐式类型转换为类类型对象，需要有相关内置类型为参数的构造函数。

• 构造函数前面加explicit就不再支持隐式类型转换。

• 类类型的对象之间也可以隐式转换，需要相应的构造函数支持。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public :
	// 构造函数explicit就不再⽀持隐式类型转换
	// explicit A(int a1)
	A(int a1)
		: _a1(a1)
	{}

	//explicit A(int a1, int a2)
	A(int a1, int a2)
		:_a1(a1)
		, _a2(a2)
	{}

	void Print()
	{
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}

	int Get() const
	{
		return _a1 + _a2;
	}

private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
};

class B
{
public :
	B(const A& a)
		: _b(a.Get())
	{}

private:
	int _b = 0;
};


int main()
{
	// 1构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa1
	// 编译器遇到连续构造+拷⻉构造->优化为直接构造
	A aa1 = 1;
	aa1.Print();
	const A& aa2 = 1;

	// C++11之后才⽀持多参数转化
	A aa3 = { 2,2 };

	// aa3隐式类型转换为b对象
	// 原理跟上⾯类似
	B b = aa3;
	const B& rb = aa3;

	return 0;
}

3.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。静态的成员变量一定要在类外进行初始化。

3.2 特性

1. 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例。

2. 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字。

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. 静态成员和类的普通成员一样，也有public、protected、private3种访问级别，也可以具有返回值。

4. C++11 的成员初始化新玩法

C++11支持非静态成员变量在声明时进行初始化赋值，但是要注意这里不是初始化，这里是给声明的成员变量缺省值。

class B
{
public:
	B(int b = 0)
		:_b(b)
	{}
	int _b;
};
class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << a << endl;
		cout << b._b << endl;
		cout << p << endl;
	}
private:
	// 非静态成员变量，可以在成员声明时给缺省值。
	int a = 10;
	B b = 20;
	int* p = (int*)malloc(4);
	static int n;
};
int A::n = 10;

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

	return 0;
}

运行结果：

5. 友元

友元分为：友元函数和友元类。

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。

5.1 友元函数

问题：现在我们尝试去重载operator<<，然后发现我们没办法将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。所以我们要将operator<<重载成全局函数。但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。operator>>同理。

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	ostream& operator<<(ostream& _cout)
	{
		_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
		return _cout;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d(2017, 12, 24);
	d << cout;
	return 0;
}

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, int month, int day)
		: _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(0,1,1);
	cin >> d;
	cout << d << endl;

	return 0;
}

运行结果：

说明：

① 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。

② 友元函数不能用const修饰。

③ 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。

④ 友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同。

5.2 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B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。

class Date; // 前置声明
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()
	{}
	Time(int hour, int minute, int second)
		: _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;
};

6. 内部类

6.1 概念及特性

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。注意此时这个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调用内部类。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。注意友元类的定义，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、枚举成员，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
{
private:
	static int k;
	int h;
public:
	class B
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;//OK
			cout << a.h << endl;//OK
		}
	};
};
int A::k = 1;
int main()
{
	A::B b;
	b.foo(A());
	return 0;
}

运行结果：

7.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
{
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;
	}
};

void func1(int i = 0)
{
}

// 匿名对象做缺省参数
//void func2(const A& aa = A())
void func2(const A& aa = A(10))
{}

int main()
{
	A aa1;
	A aa2(2);

	// 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& ref1 = aa1;

	// const引用会延长匿名对象的声明周期，匿名对象跟着引用走
	const A& ref2 = A();

	Solution s1;
	s1.Sum_Solution(10);

	// 匿名对象调用
	Solution().Sum_Solution(10);

	func2();
	func2(aa1);

	return 0;
}

完