本文围绕C++类展开，介绍了构造函数、析构函数、拷贝构造函数的概念与特性，阐述了运算符重载、const成员、static成员等知识。还提及了匿名对象、友元函数和友元类，最后给出对象返回和函数传参的优化建议，助力理解C++类的使用。
一.构造函数
1.1概念
对于以下Date类：
class Date
{
public:
void Init(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 d1;
d1.Init(2022, 7, 5);
d1.Print();
Date d2;
d2.Init(2022, 7, 6);
d2.Print();
return 0;
}
对于Date类，可以通过 Init、Destroy 公有方法给对象设置日期，但如果每次创建对象时都调用该方法设置信息，未免有点麻烦，那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？
构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证 每个数据成员都有 一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。
1.2 特性
构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任 务并不是开空间创建对象，而是初始化对象。
其特征如下：
1. 函数名与类名相同。
2. 无返回值。
3. 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
4. 构造函数可以重载。【一个类可以有多个构造函数、多种初始化方式】
#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
Stack()
{
_a = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
Stack(int n)
{
_a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
if (nullptr == _a)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = n;
_size = 0;
}
void Push(int x)
{
_a[_size++] = x;
}
private:
//成员变量
int* _a;
int _size;
int _capacity;
};
int main()
{
//Stack st;//无参;
Stack st(4);//带参
st.Push(1);
return 0;
}
用全缺省可以合并前两个stack
1.3构造函数体赋值
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。
1.3.1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)
{}
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:
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，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。
4.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
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;
};
int main()
{
//单参数构造函数
Date aa1(1);
//多参数构造函数
Date aa2{1，1};
}
二.析构函数
2.1概念
析构函数：与构造函数功能相反，析构函数不是完成对对象本身的销毁，局部对象销毁工作是由 编译器完成的。而对象在销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理工作。
2.2 特性
析构函数是特殊的成员函数，其特征如下：
1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
2. 无参数无返回值类型。
3. 一个类只能有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。注意：析构函数不能重载
4. 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数
5.编译器 生成的默认析构函数，对自定类型成员调用它的析构函数，对内置类型成员则不做处理
三.拷贝构造函数
3.1概念
拷贝构造函数：只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用(一般常用const修饰)，在用已存 在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用。
3.2特征
1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
2.拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错， 因为会引发无穷递归调用。
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// Date(const Date& d) // 正确写法
Date(const Date d) // 错误写法：编译报错，会引发无穷递归
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2(d1);
return 0;
}
3. 若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝。
4.自己实现了析构函数释放空间，就需要实现拷贝构造
5.默认生成拷贝构造和函数重载：
a.内置类型完成浅拷贝/值拷贝--按byte一个一个拷贝
b.自定义类型，去调用这个成员的拷贝构造/赋值重载
四.运算符重载
4.1 运算符重载
C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其 返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。
函数名字为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号。
函数原型：返回值类型 operator操作符(参数列表)
注意：
- 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
- 重载操作符必须有一个类类型参数
- 用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义
- 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
- .* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出现。
// 全局的operator==
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
// 这里会发现运算符重载成全局的就需要成员变量是公有的，那么问题来了，封装性如何保证？
// 这里其实可以用我们后面学习的友元解决，或者干脆重载成成员函数。
bool operator==(const Date& d1, const Date& d2)
{
return d1._year == d2._year
&& d1._month == d2._month
&& d1._day == d2._day;
}
void Test ()
{
Date d1(2018, 9, 26);
Date d2(2018, 9, 27);
cout<<(d1 == d2)<<endl;
}
//类里面短小的函数，适合做内联的函数，直接是在类里面定义的
class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日" << endl;
return out;
}
friend istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
in >> d._year >> d._month >> d._day;
return in;
}
public:
int GetMonthDay(int year, int month)
{
assert(month > 0 && month < 13);
int monthArray[13] = { 0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31 };
if (month == 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400) == 0))
{
return 29;
}
else
{
return monthArray[month];
}
}
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// bool operator==(Date* this, const Date& d2)
// 这里需要注意的是，左操作数是this，指向调用函数的对象
bool operator==(const Date& d2)
{
return _year == d2._year
&& _month == d2._month
&& _day == d2._day;
}
//重载<
bool operator<(const Date& d)
{
return _year < d._year
|| (_year == d._year && _month < d._month)
|| (_year == d._year && _month == d._month & _day < d._day);
}
//重载<=
bool operator<=(const Date& d)
{
return *this < d || *this == d;
}
//重载>
bool operator>(const Date& d)
{
return !(*this <= d);
}
//重载>=
bool operator>=(const Date& d)
{
return !(*this < d);
}
//重载!=
bool operator!=(const Date& d)
{
return !(*this == d);
}
//重载=
Date& operator=(const Date& d)
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
Date& operator+=(int day)
{
_day += day;
while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
{
_day -= GetMonthDay(_year, _month);
_month++;
if (_month == 13)
{
++_year;
_month = 1;
}
}
return *this;
}
//d1+100
Date operator+(int day)
{
Date tmp(*this);
tmp += day;
return tmp;
}
//d1++
Date& operator++()
{
*this += 1;
return *this;
}
//d1++
//int参数 仅仅是为了占位，跟前置重载区分
Date operator++(int)
{
Date tmp(*this);
*this += 1;
return tmp;
}
Date& operator-=(int day)
{
if (day < 0)
{
*this += -day;
return *this;
}
_day -= day;
while (_day <= 0)
{
--_month;
if (_month == 0)
{
--_year;
_month = 12;
}
day += GetMonthDay(_year, _month);
}
return *this;
}
Date operator-(int day)
{
Date tmp(*this);
tmp -= day;
return tmp;
}
Date& operator--()
{
*this -= 1;
return *this;
}
Date operator--(int)
{
Date tmp(*this);
*this -= 1;
return tmp;
}
// d1 - d2
int operator-(const Date& d)
{
Date max = *this;
Date min = d;
int flag = 1;
if (*this < d)
{
max = d;
min = *this;
flag = -1;
}
int n = 0;
while (min != max)
{
++min;
++n;
}
return n * flag;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
const成员
将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数 隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。
五.static成员
5.1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 int GetACount() { return _scount; }
private:
static int _scount;
};
int A::_scount = 0;
void TestA()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
A a3(a1);
cout << A::GetACount() << endl;
}
5.2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
六.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;
}
七.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
7.1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
7.2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。
八.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;
}
八.优化
对象返回总结：
1.接收返回对象，尽量拷贝构造方式接收，不要赋值接收
2.函数中返回对象时，尽量返回匿名对象
函数传参总结：
尽量使用const &传参
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