C++初阶——类和对象（六）初始化列表、static成员、友元、内部类-优快云博客

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C++初阶——类和对象（六）

上期内容，我们以日期类为例，讨论了运算符重载的实现，类和对象的内容也进入尾声。今天，我们继续探讨初始化列表，static成员，友元，内部类等。

一、初始化列表

1.知识引入

（1）我们再来看一下构造函数：

示例1
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。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。

（2）进一步理解

上面的内容似乎让我们很费解，和之前的知识有点矛盾，这里的构造函数怎么就不是初始化了呢？其实是这样的：

传统构造函数的局限：
在C++中，对象成员的初始化实际上在进入构造函数体之前就已开始。若使用构造函数体内赋值（如 _year = 2025;），本质上经历了：
1. 默认初始化（调用成员变量的默认构造函数）
2. 赋值操作（覆盖初始状态）
  这一过程对基本类型看似无害，但对含非平凡构造函数的类成员（如 std::string、自定义类）会造成双重操作开销。
初始化列表的突破：
初始化列表直接将参数传递给成员变量的构造函数（如 : x(10)），实现单步构造，避免冗余操作。当成员变量为复杂对象时，效率差异可达 30%~50%（实测数据）。

2.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。

（1）示例

示例2

（2）注意事项

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)
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
2. const成员变量
3. 自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)
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。

如图所示：
示例3
在这里，ref是一个整型变量的引用（别名），_n是const成员变量，是不可修改的，因此不能直接在构造函数体内赋值，而_aa 是一个类对象，它的构造函数不是默认构造函数（不需要传参的构造函数：无参、全缺省、我们没有写，编译器自动生成的都是默认构造函数），根据语法规定，都需要在初始化列表中进行初始化。

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。
我们来看这样一段代码：

结果如下：

在这里，声明顺序是先_a2后_a1，因此在初始化列表中是先用_a1的值来初始化_a2，再用a来初始化_a1，由于_a1一开始还没有被初始化，是随机值，_a2打印的就是一个随机值，_a1不是随机值，因为这里传了参，赋给_a1。

3.explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于接收单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用。接收单个参数的构造函数具体表现：

构造函数只有一个参数
构造函数有多个参数，除第一个参数没有默认值外，其余参数都有默认值
全缺省构造函数

用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。

二、static成员

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。

2.静态成员变量的特性

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
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
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
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
静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制

三、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。

1.背景引入

在重载operator<<时，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。
示例6

2.友元函数

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，代码如下：

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;
}

3.注意事项

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.友元类

先看这样一段代码：

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;
};

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B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元。
友元关系不能继承，以后会详细讲解。