C++类和对象（6）

news2025/1/9 18:16:54

类和对象

  • 1.在谈构造函数
    • 1.1. 构造函数体赋值
    • 1.2. 初始化列表
    • 1.3. explicit关键字
  • 2. static成员
    • 2.1. 概念
    • 2.2. 特性
  • 3.友元函数
    • 3.2.友元类
  • 4. 内部类
  • 5.匿名对象
  • 6.拷贝对象时的一些编译器优化
  • 7.再次理解类和对象

1.在谈构造函数

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)//构造函数
	{
		_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初始化，构造函数体中的语句只能将其称为赋初值，而不能作为初始化。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)//初始化列表
		:_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. 类中包含一下成员，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
  • 自定义类型成员类型（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
};
  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);
}
  1. 成员变量在类中的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();
}

//A.输出1  1
//B.程序崩溃
//C.编译不通过
//D.输出1  随机值 right

1.3. explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于当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。

// 单参数的构造函数
class A
{
public:
	explicit A(int a)
		:_a1(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}

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

	A(const A& aa)
		:_a1(aa._a1)
	{
		cout << "A(const A& aa)" << endl;
	}

private:
	int _a2;
	int _a1;
};

int main()
{
	// 单参数构造函数 C++98
	A aa1(1);  // 构造函数
	//A aa2 = 1; // 隐式类型转换   构造+拷贝+优化->构造
	//const A& ref = 10;


	// 多参数构造函数 C++11
	A aa2(1, 1);
	A aa3 = { 2, 2 };
	const A &ref = { 2, 2 };

	int i = 1;
	double d = i; // 隐式类型转换

	return 0;
}

class Date
{
public:
	// 1. 单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用
// explicit修饰构造函数，禁止类型转换---explicit去掉之后，代码可以通过编译
	explicit Date(int year)
	//Date(int year)
		:_year(year)
	{}
	/*
	// 2. 虽然有多个参数，但是创建对象时后两个参数可以不传递，没有使用explicit修饰，具
	有类型转换作用
	// explicit修饰构造函数，禁止类型转换
	explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
	: _year(year)
	, _month(month)
	, _day(day)
	{}
	*/
	Date& operator=(const Date& d)
	{
		if (this != &d)
		{
			_year = d._year;
			_month = d._month;
			_day = d._day;
		}
		return *this;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void Test()
{
	Date d1(2022);
	// 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2023构造一个无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值
	d1 = 2023;
	// 将1屏蔽掉，2放开时则编译失败，因为explicit修饰构造函数，禁止了单参构造函数类型转
	//换的作用
}

int main()
{
	Test();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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

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。

面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。

【方法1】

//方法1：全局变量统计
int count = 0;
using  std::cout;
using std::endl;
class Date
{
public:
	Date(int year=0)
		:_year(year)
	{
		++count;
	}
	Date(const Date& d)
		:_year(d._year)
	{
		++count;
	}

private:
	int _year;
};

int main()
{
	Date d1;
	Date d2(2023);
	Date d3 = d1;
	cout << count << endl;
	return 0;
}

定义全局变量的不足之处：

  1. 全局变量，容易造成变量命名的污染，命名重复
  2. 不安全，除了构造和拷贝构造函数调用的时候改变count的值，在其它地方也可以改变count的值，造成结果不准确。

【方法2】

//方法2：static成员变量进行统计
class Date
{
public:
	Date(int year = 0)
		:_year(year)
	{
		++_count;
	}
	Date(const Date& d)
		:_year(d._year)
	{
		++_count;
	}

	static int GetCount()
	{
		return _count;
	}

private:
	int _year;
	static int _count;
};
int Date::_count = 0;

int main()
{
	Date d1;
	Date d2(2023);
	Date d3 = d1;
	cout << Date::GetCount() << endl;
	return 0;
}

用static的成员变量的注意点：

  1. 初始化要在全局中
  2. 为了解决类外无法访问私有的成员变量，要实现函数来得到_count的值
  3. 为了避免得到_count的值，还要定义一个类，将函数设置成static类型，类外就可以通过类名直接访问该函数。

2.2. 特性

  1. 静态成员为所以类对象所共享，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

3.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，声明的时候加上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
  • 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，都可以访问另一类中的非共有成员。

  • 友元关系是单向的，不具有交换性
    比如上述Time类和Date，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是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;
};

4. 内部类

概念：如果一个类定义在另一类的内部，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. 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
{
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;//OK
			cout << a.h << endl;//OK
		}
	};
};
int A::k = 1;
int main()
{
	A::B b;
	b.foo(A());

	return 0;
}

5.匿名对象

在这里插入图片描述

6.拷贝对象时的一些编译器优化

在这里插入图片描述
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。


class A
{
public:
	A(int a=0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a=0)" << 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)
{}

void f2(const A& aa)
{}

A f2()
{
	A aa;
	return aa;
}

int main()
{
	// 传值传参
	A aa1;
	f1(aa1);
	cout <<"-------------------"<< endl;
	//传引用传参
	A aa2;
	f2(aa2);
	cout << "-------------------" << endl;
	// 隐式类型，连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
	f1(1);
	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 aa3 = 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;


	cout << "-------------------" << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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7.再次理解类和对象

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。

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