C++类和对象补充

目录

前言：

1. 构造函数->初始化列表

1.1 初始化列表出现原因

1.2 初始化列表写法

2. explicit关键字

2.1 explict的出现

2.2 explict的写法

3. static成员

4. 友元

4.1 友元函数

4.2 友元类 

5. 内部类和匿名对象

5.1 内部类

5.2 匿名对象

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前言：

        本篇讲解的内容是类和对象的补充知识，也就是类和对象当中平时不太注意，但是有比较重要的知识。其中包括构造函数中的初始化列表、static成员、友元、内部类、匿名对象，以及部分小知识。如果小伙伴们有需要请向下查看咯。

1. 构造函数->初始化列表

1.1 初始化列表出现原因

        朋友们，还记得我上篇讲的，当我们在实例化一个对象的时候，编辑器会干嘛？会调用类里的构造函数，对类里面的成员变量作合适的初始化。如下：

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

        但是朋友们，有没有想过一个问题？那就是虽然我们在实例化的时候传入了一个参数，但是那真的算是初始化吗？可能有的小伙伴没有理解我的话。那我换一个说法，我们传入一个值用于初始化，并且将这个值赋值给了一个变量，那么这一步算是初始化吗？

        答案是否，这一个过程并不能说是初始化，我可以举一个例子：

    int a = 0;        //初始化a为0

    int b;              //创建了一个变量b
    b = 0;             //赋值b为0

         大家可以看出这两者的区别了吗？我相信是能的，那么再回到我们的构造函数，这个时候我们再看它，他是初始化还是赋值操作？相信大家心里有数了吧。

        不过话又说回来，这个初始化和赋值有什么影响吗？这么看起来好像没有区别啊？确实，如果是这种类型的变量赋值和直接初始化没有区别，但是大家可能忘了某些东西：引用、const成员变量。想到了吗？

    int& c;                        //引用不初始化
    const int d;                //  const成员变量不初始化      
    d = 10;                      //const成员变量重新赋值

         这几个写法很明显是错误的，相信大家也能够分辨出来，那么我们将这两个类型写在类里，此时我们的写法还正确吗？肯定是错误的。

        所以，C++祖师爷基于这个点，为我们的构造函数多添加了一个功能——初始化列表。

1.2 初始化列表写法

        先看一下代码是如何写的：

class A
{
public:A(int a)			:_a(a)			//初始化列表{}
private:int _a;
};
class B
{
public:B(int a, int ref):_aobj(a)		//初始化列表, _ref(ref), _n(10){}
private:A _aobj; // 没有默认构造函数int& _ref; // 引用const int _n; // const
};

        大家看看我定义的两个类，有没有发现它里面的构造函数多了个东西？那就是以冒号开始，用逗号分隔每一个变量，每个变量加上括号和初始值。

        用上述的B类构造函数为例子：

:_aobj(a)       
, _ref(ref)
 , _n(10)

         这就是初始化列表写法，当然，如果我们初始化有特殊的需求，还是可以将功能写在初始化列表下方的花括号中，例如条件判断、申请堆上的空间之类的。

        编辑器有一个对于初始化列表的规定，那就是不管我们写不写，它都会自己去运行一遍，不过它却不会对这些变量做任何的处理，只有我们写了，他才会为其赋初值。

        还有一点需要我们注意，请先看下方代码，并计算_a1和_a2的初始值。

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();
}

选项： 

A. 输出1 1
B.程序崩溃
C.编译不通过
D.输出1 随机值

         答案是D，与大家计算的是否有出入了？相信多数朋友会选择a吧？因为我就是其中之一。

        其实初始化列表的初始化顺序不是我们眼睛看到的那样，它的初始化顺序是变量定义的顺序，看下代码：

private:int _a2;int _a1;

        也就是说，_a2先用_a1的初始值也就是随机值赋值了，然后_a1再通过1赋值，这也就造成了我们之前产生的小bug。

2. explicit关键字

2.1 explict的出现

        在讲解这个关键字的之前，我想问一个问题，大家知道下面的两种实例化对象的方式有什么不同吗？（不是说写法）。

Date d1(2023,2,17);

Date d2 = {2023,2,17};

         这样问估计有些难为人，我就直接讲了，第一种会直接用这些初始值通过构造函数实例化，

        但是第二种不同，第二种通过这些初始值，调用构造函数实例化之后，然后通过赋值的方式将其转换给d2。大家看出区别了吗？也就是说第一种实例化只有构造函数参与，但是第二种不仅有构造函数，还有拷贝构造参与。不过对于现在的编辑器来说已经被优化了，二者都只有构造函数参与，如果按照刚出现的那段时间，用第二种在构造一个对象的时候产生两个变量大小的空间，这务必会影响我们程序运行的效率。

        那我问大家，为什么会出现这个过程呢？先看下方的代码：

    int a = 10;
    double b = (double)a;

         问：我们将a强制类型转换成double类型，int a是否还存在。

        答案是当然存在，强制类型转换只会新开辟一个临时空间存储，然后赋值给b，其中a的参与只有提供10这个数的价值。通过等效的理解方式，大家再去看上面的Date d2 = {2023,2,17};是不是瞬间就明白了？只不过该操作是隐式类型转换。

        explict的出现就是为了禁止这种强制类型转换的。

2.2 explict的写法

class Date
{
public:explicit Date(int year):_year(year){}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);d1 = 2023;            //错误}

        大家可以看到，如果我们不添加explict，d1 = 2023这种写法是正确的，但是大家可以赋值这段代码进入你的编辑器看一看，这个操作是否还正确？

        所以explict的功能是：用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。

3. static成员

        对于static关键字，想必大家还是很了解的，但是当他出现在类里面还清楚吗？

        我们都知道static描述的变量，这个变量的生命周期会到程序结束才会停止，而不是局限于函数结束就被销毁。这个特性static也延续到类当中，当用static去修饰类里面的变量，那么这个变量的生命周期就被提升，并且它并不单独属于某个实例化的类对象，而是属于整个类。

        大伙看到这估计有些疑问，他既然写在了类里面，又不属于这个类的对象，那么它在哪？答案是它被存在了静态区。也就是计算类的大小也不会将他算入其中。

class Date
{
public:static int a;
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;cout << sizeof(d1) << endl;return 0;
}

         正常来说，这个类的大小应该是16对吧，因为又4个整型变量嘛，但是其中有一个变量是static修饰的，所以它的大小不计入其中。

        因为这个static修饰的变量不属于某一个变量，所以说，没有任何一个对象想能对其进行初始化，只能有一个操作，那就是类外定义。

int Date::a = 0;

        至于为什么要这样做？想一想，要是每一个对象都能够对static初始化，那么static修饰这个变量有什么意义呢？

        并且static不只是可以修饰变量，还可以修饰成员函数，将这个成员函数变为静态成员函数。

以下几个特性需要大家知道：

1. 静态成员为所有类对象所共享，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

         知道了这些特点，下面两个问题相信大家也能够回答了。

        1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
        2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

4. 友元

        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。
        友元分为：友元函数和友元类

4.1 友元函数

        一般来说友元用到的场景不会太多，但是有一个东西如果不用友元那么它的操作方式会变得十分奇怪，那就是重定义<<和>>这两个操作符。

class Date
{
public:Date(int year, int month, int day): _year(year), _month(month), _day(day){}ostream& operator<<(ostream& _cout){_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;return _cout;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1(1, 2, 3);d1 << cout;//cout << d1;   //错误return 0;
}

        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。

        还记得我上一篇讲的吗？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。

        这个时候友元函数的出现就显得十分重要了：

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;
}

        可以看到我们的友元函数的写法就是将函数定义在类外面，然后在类里面写下声明并在前面添加上friend关键字。声明的位置可以是任意位置，但是我们习惯将其写在类最上方，而且友元函数突破了public、protected、private的限制。也就是友元函数能够直接访问类里面的私有成员。

friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);

 特性：

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

4.2 友元类 

特性：

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 友元关系不能继承，在继承位置再给大家详细介绍。

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;
};

5. 内部类和匿名对象

5.1 内部类

概念：

1. 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，
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。
2. 注意：内部类就是外部类的友元类，参见友元类的定义，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;//OKcout << a.h << endl;//OK}};
};
int A::k = 1;
int main()
{A::B b;b.foo(A());return 0;
}

5.2 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;}
};

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 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;
}

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         以上就是我对类于对象的全部补充啦，还请大家多多支持咯！