C++类和对象

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C++类和对象相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

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=2000, int month=1, int day=1)
	{
		_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)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	void Print()
	{
		cout << _year << '/' << _month << '/' << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d(2021,10,17);
	d.Print();
}


注意事项：

一，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)
赋值可以进行多次，但是初始化只有一次

二. 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
    引用类型的变量在定义时就必须给其一个初始值
class A
{
public:
	A(int& ref)
		:_ref(ref)
	{
	}
private:
	int& _ref;
};
  1. const成员变量
    const类型成员必须在定义时初始化
class B
{
public:
	B(int c)
		:_c(c)
	{
	}
private:
	const int _c;
};
  1. 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)
		:_a(a)
	{}
private:
	A _a; // 没有默认构造函数
};

三,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;
	}
private:
	int _hour;
};

class Test
{
public:
	// 在构造函数体内初始化（不使用初始化列表）
	Test(int hour)
	{
		Time t(hour);// 调用一次Time类的构造函数
		_t = t;// 调用一次Time类的赋值运算符重载函数
	}
private:
	Time _t;
};

class Test
{
public:
	// 使用初始化列表
	Test(int hour)
		:_t(12)// 调用一次Time类的构造函数
	{}
private:
	Time _t;
};

四，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

观察下列代码思考输出结果

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();
}


_a2为随机值，这时为什么呢？

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，所以类先初始化_a2，因为_a1还未初始化为随机值，所以将_a2初始化为_a1也为随机值。当调换_a1,_a2时上述情况将不在发生

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(2020);
	// 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2021构造一个无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值
	d1 = 2021;
}

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

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

class A
{
public:
	A()
	{
		++_count;
	}

	A(const A& a)
	{
		++_count;
	}

	static int GetCount()
	{
		return _count;
	}
private:			
	static int _count;  
};

// 静态成员变量不能在构造函数初始化，在全局位置定义初始化
int A::_count = 0;

int main()
{
	cout << A::GetCount() << endl;
	A a1, a2,a3,a4;
	cout << A::GetCount() << endl;
}

特性

一，静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例

计算下面类A的大小

class A
{
private:
	int _a;
	static int _n;
};
int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
	return 0;
}

计算类A的大小只需计算成员_a的大小

二，静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字

class Test
{
private:
	static int _n;
};
// 静态成员变量的定义初始化
int Test::_n = 0;

三， 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

  1. 当静态成员变量为公有时
class A
{
public:
	static int _count;
};
// 静态成员变量的定义初始化
int A::_count = 10;
int main()
{
	A a;
	cout << a._count << endl;		// 通过对象调用成员函数进行访问
	cout << A::_count << endl;		// 通过类名调用静态成员函数进行访问
	cout << A()._count << endl;		// 通过匿名对象调用成员函数进行访问
	return 0;
}
  1. 当静态成员变量为私有时
class A
{
public:
	static int GetCount()
	{
		return _count;
	}
private:
	static int _count;
};
// 静态成员变量的定义初始化
int A::_count = 10;

int main()
{
	A a;
	cout << a.GetCount() << endl;	// 通过对象调用成员函数进行访问
	cout << A::GetCount() << endl;	// 通过类名调用静态成员函数进行访问
	cout << A().GetCount() << endl;  // 通过匿名对象调用成员函数进行访问
	return 0;
}

四， 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

class Test
{
public:
	static void Fun()
	{
		cout << _a << endl; //error不能访问非静态成员
		cout << _n << endl; //correct
	}
private:
	int _a; //非静态成员
	static int _n; //静态成员
};

五，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

static的作用

  1. 修饰全局变量和全局函数，改变链接属性，只在当前文件可见
  2. 修饰局部变量，改变声明周期
  3. 修饰成员变量和成员函数，成员变量属于整个类，所有相对像共享，成员函数没有this指针

C++11 的成员初始化

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 A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _a << 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;
	int* _p = (int*)malloc(4);
	static int _n; //静态成员变量不能给缺省值
};
int main()
{
	A a;
	a.Print();
	return 0;
}

友元

友元分为友元函数和友元类，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

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 << _year << "-" << _month << "-" << _day;
		return _cout;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d(2021, 10, 17);
	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
{
	// 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=2000, int month=1, int day=1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// <<运算符重载
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
	_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
	return _cout;
}
// >>运算符重载
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;
}


注意：

  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
  4. 一个函数可以是多个类的友元函数
  5. 友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同

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

  1. 友元关系是单向的，不具有交换性
class Date; // 前置声明
class Time
{
	friend class Date; 
	// 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就可以直接
	// 访问Time类中的私有成员变量
public:
	Time(int hour=7, 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;
};

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

  1. 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

内部类的概念及特性

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
    这里计算A类型对象大小的时候，不考虑。因为B作为A的内部类，跟普通类并没有什么区别，只是定义在A的内部，他受到A的类域的限制和访问限定符的限制
class A
{
public:
	class B
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;
			cout << a.h << endl;
		}
	};
private:
	static int k;
	int h = 10;
};
int A::k = 1;
int main()
{
	A a;
	A::B b;
	b.foo(A());
	cout << sizeof(a) << endl;
	return 0;
}

再次理解封装

C++是基于面向对象的程序，面向对象有三大特性即：封装、继承、多态

C++通过类，将一个对象的属性与行为结合在一起，使其更符合人们对于一件事物的认知，将属于该对象的所有东西打包在一起；通过访问限定符选择性的将其部分功能开放出来与其他对象进行交互，而对于对象内部的一些实现细节，外部用户不需要知道，知道了有些情况下也没用，反而增加了使用或者维护的难度，让整个事情复杂化

下面类比火车出行来让大家更好的理解封装性带来的好处

我们来看下火车站：
售票系统：负责售票----用户凭票进入，对号入座
工作人员：售票、咨询、安检、保全、卫生等
火车：带用户到目的地


火车站中所有工作人员配合起来，才能让大家坐车有条不紊的进行，不需要知道火车的构造，票务系统是如何操作的，只要能正常方便的应用即可。

如果是没有任何管理的开放性站台呢？ 火车站没有围墙，站内火车管理调度也是随意，乘车也没有规矩，那将会如何呢？

再次理解面向对象


可以看出面向对象其实是在模拟抽象映射现实世界

以上是关于C++类和对象的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

C++类和对象--继承

C++类和对象1

成功创建c ++类和对象[重复]

C++从青铜到王者第二篇:C++类和对象(上篇)

C++类和对象的简单应用举例

C++初阶类和对象