C++类与对象(下)

Posted 2021-11-06 aaaaaaaWoLan

再谈构造函数

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。

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;
};

int main()
{
	Date d(2020,1,1);
}

private: int _year; int _month; int _day;

可以理解为成员变量的声明

Date d(2020,1,1); 则是对象(包括了成员变量)的定义

`Date(int year, int month, int day)

_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}`

可以理解为初始化列表是对象的成员变量定义的地方。

【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(定义的位置)进行初始化：

   • 引用成员变量

   • const成员变量

   • 自定义类型成员(该类没有默认构造函数，也就是没有全缺省及无参的构造函数)

     ​

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，可以提高效率。不管你是否显式使用初始化列表，编译器都会在初始化列表的位置将成员遍历初始化

   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);
   }
   

   如果不用初始化列表初始化自定义类型，那么我们就要在构造函数体内自己再对自定义类型初始化，需要再创建一个自定义类型变量对其赋值(因为我们不能访问到自定义类型的成员变量)，否则，自定义类型就会调用自身的默认构造函数，所得结果可能就不与我们输入的参数一致了。

4. 成员变量在类中声明次序就是其初始化顺序，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*/
   

   结果是D，_a2先获取 _a1的值，此时 _a1还是个随机值，所以 _a2就变成了随机值，随后 _a1才获取a的值1。

   

   所以成员变量的初始化顺序与声明顺序相同，跟在初始化列表中的顺序无关。

   因此我们写初始化列表时，最好把顺序写成与生命顺序一致

   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，还具有禁止类型转换的作用

class Date
{
    
public:
    
    Date(int year)
    :_year(year)
    {}

    //加了explicit之后就无法完成隐式类型的转换
    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;

    Date d2 = 2020;
}

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

d2 = 2020发生了一个隐式类型的转换，构造出了一个tmp(2)，再调用拷贝构造产生了d1(tmp)。但编译器直接将其优化成了直接构造，所以我们看不到拷贝构造的调用。

C++11还支持 Date d = {1,2,3} 这样的初始化方式，也是发生了隐式的类型转换。

初始化自定义类型的方式有三种(不包括拷贝构造)：

1.
    Date d1(2021);
2.
    Date d2 = 2021;
3.
    Date(2021);

第一种是标准的构造函数调用。

第二种是发生了隐式类型转换。

第三种则是构造了匿名对象，它的生命周期只在当前语句。

匿名对象的使用场景：只是为了传参或者调用其中的某个函数，只在当前语句起作用，其他地方不再使用，就可以使用匿名对象。否则要先定义有名对象，再使用，反而更麻烦。

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。静态的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。

class A
{
public:
    
    //调用构造函数就++
    A() 
    {
        ++_scount;
    }

        //调用拷贝构造函数也++
    A(const A& t) 
    {
        ++_scount;
    }

        //获取_scount的大小
    static int GetACount() 
    {
        return _scount;
    }
    
private:
static int _scount;
};

//必须在类外面定义，不需要再加static关键字
int A::_scount = 0;

void TestA()
{    
    cout<<A::GetACount()<<endl;
    A a1, a2;
    A a3(a1);
    cout<<A::GetACount()<<endl;
        //用a1.GetACount()、a2.GetACount()、a3.GetACount()都可以得到相同结果
    
}

结果是0 3

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，因为非静态成员属于某个对象，静态成员属于整个类

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

【问题】

1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

   不可以，没有隐含的this指针，无法调用

2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

   可以

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:
    
    //构造函数，初始化列表初始化
	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;//底层是拷贝构造，但被优化成了直接构造
	int* p = (int*)malloc(4);
	static int n;
};

//静态变量初始化
int A::n = 10;

int main()
{
	A a;
	a.Print();
	return 0;
}

结果：

静态变量不可在声明处给值，只能在全局位置初始化。

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。

友元函数

>>和<<重载的实现

我们可以实现对内置类型int、char等的输入输出，是不是可以利用重载也实现对自定义类型的输入输出呢？

之前我们实现了赋值运算符的重载，现在我们来试试对<<、>>的重载实现，对于<<、>>我们知道是输出输入功能，使用形式是cout<<…及cin>>…，可见这是一个二元运算符，所以要实现operator<<和operator>>，就要明白两个参数的类型是什么，我们先来看cout、cin：

可以看到cout是ostream类型的，意思是输出流，cin是istream类型的，意思是输入流。

那么怎么确定第二个参数是什么呢？字符？整型？还是浮点型？

都不是。现在我们就可以解释为什么在使用cout/cin时不需要像printf/scanf一样确定变量类型了，因为在iostream库中，这两个运算符已经被重载成多种形式了，所以编译器能够自动识别我们要输入输出的数据类型。

所以实际上，我们只需要对重载函数设置一个形参就行了，况且还有隐含的this指针指向类的成员变量。

初步实现<<运算符重载：

参数_ cout是cout的一份拷贝，所以_ cout就是cout

实际上上面的实现还有很多错误，我们下面会一一纠正。

我们看到编译器对其进行了报错，其原因就是因为隐含的this指针是处于第一个参数的位置，所以使用的顺序应该是对象<<cout，但是这样的话代码的可读性就变得不好了。正常的使用应该是cout是第一个参数，但在类里面无法使cout成为第一个参数，所以只能实现一个全局的重载函数。

问题又来了，实现一个全局的重载函数的话，怎么访问类里的私有成员呢？这时候就该友元登场了

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。

下面是使用友元的重载<<、>>的实现：

class Date
{
//友元函数的声明
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:

    Date(int year = 2021, 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)//不用const修饰，因为>>要修改变量
    {
        _cin>>d._year;
        _cin>>d._month;
        _cin>>d._day;
        return _cin;
    }

int main()
{
    Date d;
    cin>>d;
    cout<<d<<endl;
    return 0;
}

为什么我们的返回值要写成ostream&和istream&呢？

因为这样可以实现连续的输入输出，比如上面的 cout<<d<<endl。

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，因为其没有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和原理相同

其实对于上面的全局重载函数，我们也可以不用友元来获取私有成员变量的值，可以通过公有的GetYear、GetMonth、GetDay函数来获取成员变量的值，进而进行输入输出

	int& GetYear()
    {
        return _year;
    }

    int& GetMonth()
    {
        return _month;
    }

    int& GetDay()
    {
        return _day;
    }

友元类

类也可以成为另一个类的友元，成为友元类。

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。

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(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;
};

• 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。

内部类

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，外部类与内部类的空间上没有关系。

class A
{
private:
	static int k;
	int h;
public:
    class B
    {
    public:
        void foo(const A& a)
        {
            //可以访问外部类的成员变量
            cout << k << endl;//OK
            cout << a.h << endl;//OK
        }
    };
    
};

int A::k = 1;

int main()
{
	A::B b;//定义A中的内部类B
	b.foo(A());
	return 0;
}

结果：