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前言
大家好呀！我是我想吃余，一名正在学编程的小白。上篇和中篇我们已经学习了类和对象的基础知识和用法，本篇我们围绕C++面向对象编程中的高阶主题展开，结合实例代码和关键知识点，系统讲解初始化列表、explicit关键字、静态成员的特性与使用场景、友元函数与友元类的设计技巧，以及内部类的独特作用。通过对比构造函数体赋值与初始化列表的差异，剖析static成员在资源管理中的妙用，并探讨友元如何有限突破封装以简化操作。助力开发者掌握C++面向对象编程的核心精髓。
💡：初始化列表十分重要，需要重点掌握！
一、再谈构造函数
1. 构造函数体赋值
在我们创建对象的时候，编译器通过调用构造函数，给对象中的每个成员一个合适的初始值。
我们以往都是这样写的：
以Date类为例
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
//赋值
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
初始化成员变量主要使⽤函数体内赋值
其实，这样的操作不能称为对对象中成员变量的初始化，尽管函数调用后对象中已经有了一个初始值。
原来：
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。
那我们要怎么样完成初始化呢？
我们需要用到初始化列表。
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。
使用实例：
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
初始化列表就是对象的成员定义的位置
2.1 注意事项
- 每个成员变量在初始化列表中最多只能出现一次(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：
- 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
};
- 尽量使用初始化列表初始化，因为那些你不在初始化列表初始化的成员也会⾛初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会⽤这个缺省值初始化。（如果你没有给缺省值，对于没有显⽰在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器，C++并没有规定。）对于没有显示在初始化列表初始化的自定义类型成员会调用这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误。
class Time
{
public:
Time(int hour)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date()
:_month(2)
{
cout << "Date()" << endl;
}
void Print() const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
// 注意这⾥不是初始化，这⾥给的是缺省值，这个缺省值是给初始化列表的
// 如果初始化列表没有显⽰初始化，默认就会⽤这个缺省值初始化
int _year = 1;// 这里1是缺省值，缺省值是给初始化列表的
int _month = 1;
int _day;
Time _t = 1;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Print();
return 0;
}
调试可以看到未显示初始化列表的也会走初始化列表：
- 内置类型成员如果在声明位置给了缺省值，初始化列表会⽤这个缺省值初始化；如果没有缺省值，取决于编译器，有些编译器会初始化。（我的VS2022不做处理）
- 自定义类型成员会调用这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误
- 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
我们来做一个选择题：
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
首先排除B和C，可以发现并没有语法错误和一些崩溃的风险。
细心的朋友已经结合初始化的顺序轻松拿捏这个题目了，答案是D。
先声明的先初始化，a2在a1的前面，a2先初始化，而a1却未初始化，是随机值，导致a2初始化为随机值。然后a1再初始化为1。
💡：建议声明顺序和初始化列表顺序保持⼀致
- C++11⽀持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显⽰在初始化列表初始化的成员使⽤的。
2.2 总结（牢记）
- 无论是否显示写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表；
- 无论是否在初始化列表显示初始化成员变量，每个成员变量都要走初始化列表初始化；
3. explicit关键字（限制类型转换）
类类型的对象之间也可以隐式转换，但是需要相应的构造函数⽀持。
构造函数前⾯加explicit就不再⽀持隐式类型转换。
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
// 构造函数explicit就不再⽀持隐式类型转换
// explicit A(int a1)
A(int a1)
:_a1(a1)
{}
//explicit A(int a1, int a2)
A(int a1, int a2)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
void Print()
{
cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
}
int Get() const
{
return _a1 + _a2;
}
private:
int _a1 = 1;
int _a2 = 2;
};
class B
{
public:
B(const A& a)
:_b(a.Get())
{}
private:
int _b = 0;
};
int main()
{
A aa1 = 1;
// 1构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa3
// 编译器遇到连续构造+拷⻉构造->优化为直接构造
aa1.Print();
A& aa2 = 1;// error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“A &”
//类型转换时生成的临时对象具有常性，权限放大，所以报错
const A& aa2 = 1;//正确写法，权限平移
B b = aa3;
// aa3隐式类型转换为b对象
// 原理跟上⾯类似
const B& rb = aa3;
return 0;
}
- 对于
A aa1 = 1;
1构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa3。- 当编译器遇到连续构造+拷⻉构造时（或者更多连续）会优化为一次直接构造。
- 对于
A& aa2 = 1;
-
类型转换时生成的临时对象具有常性，权限放大，所以报错
-
const A& aa2 = 1;正确写法，权限平移
隐式类型转换的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。
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
来看一道面试题：
实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A()
{
++_scount;
}
A(const A& t)
{
++_scount;
}
~A()
{
--_scount;
}
private:
};
这个_scount在定义在哪里呢？
也许你会说：定义在全局域不就行了嘛？
的确，定义在全局域是可行的，但是不好
全局变量的劣势：任何地方都可以随意改变
这里静态成员变量可以很好的解决这个问题。
现在我们先将这题放一放。
2. 特性（牢记）
- 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体对象，存储在静态区。（因此，在计算对象大小时，忽略静态成员变量）
- 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。
- 在类外，静态成员变量可用 类名
::静态成员 或对象::静态成员来访问 - 静态成员函数没有隐藏的
this指针，因此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
问题1：静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
可以，因为静态成员为所有类对象所共享（特性1）
问题2：非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
不可以，因为调用非静态成员函数需要this指针，然而静态成员函数没有this指针（特性4）
我们回到上面的面试题：
我们已经知道_scount应该定义为静态成员变量
我们在使用时要注意：
- 使用静态成员变量要在类外进行初始化
- 由于成员变量一般都声明在私有域中，所以要打破封装与外界进行交互需要利用静态成员函数
static int GetACount()
{
return _scount;
}
- main函数中调用静态成员函数时注意指定类域
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
A()
{
++_scount;
}
A(const A& t)
{
++_scount;
}
~A()
{
--_scount;
}
static int GetACount()
{
return _scount;
}
private:
// 类⾥⾯声明
static int _scount;
};
// 类外⾯初始化
int A::_scount = 0;
int main()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
A a3(a1);
cout << A::GetACount() << endl;
cout << a1.GetACount() << endl;
// 编译报错：error C2248: “A::_scount”: ⽆法访问 private 成员(在“A”类中声明)
//cout << A::_scount << endl;
return 0;
}
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. 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。
实例：实现日期类时重载operator<<函数和operator>>
由于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>>也是同理的
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;
}
注意：
- 友元函数可以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
- 友元函数可以定义在类定义的任何地方声明，不受访问限定符限制
- 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
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。
A是B的友元，但B不一定是A的友元 - 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
在未来学习继承时，再详细讲解。
实例：
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;
};
四、内部类
1. 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天生友元类（无需声明）
2. 特性
- 内部类可以定义在外部类的
public、protected、private都是可以的。 - 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。
sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。（内部类对于外部类来说只是一个声明，并没有去开辟存储空间）
类和对象的内容就结束啦😁。如果我的文章对你有帮助，欢迎订阅我的C++的专栏，永不收费。🥰
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