C++类和对象(下)

1.构造函数深度理解

1.1 构造函数体赋值

在创建对象的时候,会调用构造函数,给对象的各个成员变量一个合适的初始值

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。

1.2 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。

class Time
{
public:
	Time(int hour)
	{
		cout << "Time()" << endl;
		_hour = hour;
		_mintue = 0;
		_second = 0;
	}
private:
	int _hour;
	int _mintue;
	int _second;
};
class Date
{
public:
	Date(int year=0,int month=0,int day=0,int hour=0)
		:_t(hour)
		,_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
		//Time t(hour);
		//_t=t 如果不使用初始化列表,就得用用创建一个Time对象,然后用拷贝构造,使用初始化列表就可以直接调用对应的构造函数来初始化!
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};

【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)

从这里我们可以发现我们的Time没有默认构造,但是也是可以运行的,但是为什么在构造函数体中调用其对应的构造函数体没有用? 这就很好的解释了构造函数体是赋初值,而初始化列表才是初始化,当你不写对应的初始化列表的时候就会调用对应的默认构造,所以再没有初始化列表的时候,自定义对象必须得有默认构造,当你使用了初始化列表后,只需要对应的自定义对象有其对应的构造方法即可!!!

初始化顺序是声明的顺序和初始化列表的顺序无关
初始化列表才是成员变量定义的地方
自定义类型推荐使用初始化列表
内置类型也可以使用,虽然和函数体中定义的没区别,
总之能用初始化列表就用!

1.3 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:
	Date(const Date& d)
	{
		cout << "Date(const Date& d)" << endl;
	}
	 Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date()" << endl;
	}
	 ~Date()
	 {
		 cout << "~Date()" << endl;
	 }
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2022);//直接调用构造函数
	cout << endl;
	Date d2 = 2022;//隐式类型转换：匿名对象构造 + 拷贝构造 + 编译器优化 ->直接调用构造 
	return 0;
}

如果在构造函数前面加上explicit之后d2就编译不了了,也就是用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。

上面的d2,其实如果不优化就是编译器给2022创建为匿名对象,利用拷贝构造给d2

这里提到了匿名对象:

1.4 匿名对象

匿名对象顾名思义就没有名字的对象

class Date
{
public:
	explicit Date(const Date& d)
	{
		cout << "Date(const Date& d)" << endl;
	}
	explicit Date(int year = 0, int month = 0, int day = 0)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		cout << "Date()" << endl;
	}
	 ~Date()
	 {
		 cout << "~Date()" << endl;
	 }
	 void Print() const
	 {
		 cout << "Print()const" << endl;
		 cout << "year:" << _year << endl;
		 cout << "month:" << _month << endl;
		 cout << "day:" << _day << endl << endl;
	 }
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2022, 8, 10);
	d1.Print();


	Date(2022, 8, 11).Print();
	return 0;
}

main函数中的两种调用函数都可以实现,只不过匿名对象就是一次性的,当我们想要就用一次这个对象的时候我们可以采用匿名对象,匿名对象的生命周期只有这一行!

匿名对象用完立刻调用析构函数!

2. static成员

2.1 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;
}

创建了3个类对象

2.2 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
   【问题】

1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？ 不可以,因为没有this指针
2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？可以,静态成员函数被所有类对象共享

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

3.1 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;
};
int main()
{
	Date d1(2022,8,10);
	cout << d1;
	return 0;
}

这个运算符重载的调用得是d1<<cout;不和常理,所以这个运算符重载不能写在类中,所以得写在内外,但是类中的成员是private的,所以我们得使用友元来调用!

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,因为没有this指针
• 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

3.2 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，待继承那篇博客讲解,敬请期待.

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;
}

烧脑题

以下代码共调用多少次构造函数,多少次拷贝构造函数(这题不同环境结果可能不同,因为优化方案不一样)

class Widget
{
public:
	Widget()
	{
		cout << "Widget()" << endl;
	}
	Widget(const Widget& w)
	{
		cout << "Widget(const Widget& w)" << endl;
	}
};
Widget f(Widget u)
{
	Widget v(u);
	Widget w = v;
	return w;
}
int main()
{
	Widget x;
	Widget y = f(f(x));
	return 0;
}

分析:
先看Widget y=f(x);

我们分析的是构造函数1次 ,拷贝构造5次
但是编译器结果是4次这是为什么呢??

这一次就是在临时变量那边动手优化,编译器认为这里产生的临时变量没有用,他就直接将w的值传给y,省去了临时变量,从而省略一次!

现在我们分析嵌套的f(f(x))

第4次是返回给外层f然后给Widget u的0

这里有同学会有疑问,为什么必须得产生临时变量呢? 为什么不直接返回呢? 这是因为返回值可能会被使用,假设我们的Widget类中有Print()函数

Widget x;
f(x).Print

是不是临时变量有用处了!