【c++】类和对象（下）

已于 2024-05-20 20:46:01 修改
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文章标签： c++ 开发语言
于 2024-03-18 14:48:58 首次发布
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1.再谈结构体构造
在创建对象时，编译器通过调用构造函数，给对象中成员变量一个合适的初始值：对象的实例化

class Date
{
public:
    void Init(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，但是不能将其称为对对象中成员变量的初始化，构造函数体中的语句只能将其称为赋初值，而不能将其称为初始化。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 ，那怎么解决呢！

     初始化列表：
初始化列表：以一个冒号开始，接着是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:
  //初始化列表是每个成员函数定义初始化的位置
  //能用初始化列表就建议用初始化列表
Date(int year,int month,int day)
    :_year(year)
    ,_month(month)
    ,_day(day)
    {
      _year=year;   //赋值修改
      _month=month;
    }

private:
   //声明
   int _year=1; //缺省值
   int _month;
   int _day;
   int *p1=(int*)malloc(4);
};

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：
  • 引用成员变量
  • const成员变量
  • 自定义类型成员(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:
   //必须走初始化列表
   A _aobj;  //没有默认构造函数
   int& _ref; //引用
   const int _n;  //const
};

 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);
}

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

我们小面来看一段程序，看看他输出什么

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

 

我们能看到程序是1，和随机值 ：先走的a2，再走a1；

 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

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)
 :_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

 //单参数构造函数支持隐式类型转换
 Date d2=2;  //2构造一个临时对象，再拷贝构造->编译器优化了，同一个表达式连续步骤的构造，一般会被合二为一
 //多参数c++11 支持：Date a ={1，2}；
}

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

     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:
A() 
{ ++_scount;  
}
A(const A& t) 
{ ++_scount; 
}
~A() 
{ --_scount; 
}
//static成员函数没有this指针 //访问静态成员函数
static int GetACount() 
{ return _scount; 
}
private:
//不是属于一个对象，是属于所以类
//声明
static int _scount;
};
//定义
int A::_scount = 0;
void TestA()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
A a3(a1);
cout << A::GetACount() << endl;
}

 特性：

  • 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

 3. 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

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>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 = 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

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C是B的友元，B是A的友元，则不能说明C时A的友元。
  • 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;
};

 4.内部类

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。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，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;//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

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; //有名对象
 // 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;
}

 6.拷贝对象时的一些编译器优化

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)" << 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)
{}
A f2()
{
 A aa;
 return aa;
}
int main()
{
 // 传值传参
 A aa1=3;  //构造+拷贝构造-》直接构造
 f1(aa1);
 cout << endl;
 // 传值返回
 f2();
 cout << endl;
 // 隐式类型，连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
 f1(1);
 // 一个表达式中，连续构造+拷贝构造->优化为一个构造
 f1(A(2));
 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 aa2 = 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;
 return 0;
}

7. 再次理解类和对象

现实生活中的实体计算机并不认识，计算机只认识二进制格式的数据。如果想要让计算机认识现 实生活中的实体，用户必须通过某种面向对象的语言，对实体进行描述，然后通过编写程序，创 建对象后计算机才可以认识。比如想要让计算机认识洗衣机，就需要：

  • 1. 用户先要对现实中洗衣机实体进行抽象---即在人为思想层面对洗衣机进行认识，洗衣机有什 么属性，有那些功能，即对洗衣机进行抽象认知的一个过程
  • 2. 经过1之后，在人的头脑中已经对洗衣机有了一个清醒的认识，只不过此时计算机还不清楚，想要让计算机识别人想象中的洗衣机，就需要人通过某种面相对象的语言(比如：C++、 Java、Python等)将洗衣机用类来进行描述，并输入到计算机中
  • 3. 经过2之后，在计算机中就有了一个洗衣机类，但是洗衣机类只是站在计算机的角度对洗衣 机对象进行描述的，通过洗衣机类，可以实例化出一个个具体的洗衣机对象，此时计算机才能洗衣机是什么东西。
  • 4. 用户就可以借助计算机中洗衣机对象，来模拟现实中的洗衣机实体了。

 在类和对象阶段，大家一定要体会到，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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