【C++】打怪升级——通关类和对象(下)

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平凡的人1 发表于 2022/11/15 23:55:33 2022/11/15
【摘要】 先了解一下本篇的学习目标：构造函数体赋值、初始化列表、explicit关键字 、static成员板块、C++11的成员初始化、友元以及内部类，同时还有匿名对象的介绍以及编译器优化的简单涉及。@[toc] 一、构造函数补充 1.构造函数体赋值之前，我们对构造函数进行了说明，对于构造函数有了理解。但是还有另一部分，我们在这里需要补充👇我们已经知道构造函数体赋值在创建对象时，编译器通过调用构造函...

先了解一下本篇的学习目标：构造函数体赋值、初始化列表、explicit关键字 、static成员板块、C++11的成员初始化、友元以及内部类，同时还有匿名对象的介绍以及编译器优化的简单涉及。

@[toc]

一、构造函数补充

1.构造函数体赋值

之前，我们对构造函数进行了说明，对于构造函数有了理解。但是还有另一部分，我们在这里需要补充👇

我们已经知道构造函数体赋值

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

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，但是不能将其称作为类对象成员的初始化

构造函数体中的语句只能将其称作为赋初值，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.初始化列表

我们首先需要了解初始化的格式：

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;
};

当然，初始化列表和函数体内初始化也可以互用(实际情况实际分析)：

class Stack
{
public: 
	Stack(int capacity = 4)
		:_top(0)
		, _capacity(capacity)
	{
		_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
            memset(_a,0,sizeof(int)*capacity);
	}
private:
	int* _a;
	int _capacity;
	int _top;
}

此外，我们还需知道初始化列表的使用场景：

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(该类没有默认构造函数)
class B
{
public:
    //对象每个成员是在初始化列表时候定义的
    //每个成员都要走初始化列表，就算不显示在初始化列表写，也会走
	B()
		:_n(10)
	{
	}
private:
	const int _n;//声明
    int _m = 1;//缺省值
};

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。

如果没有在初始化列表中显示初始化：

1.内置类型，有缺省值用缺省值，没有就用随机值

2.自定义类型，调用它的默认构造函数，如果没有默认构造就报错

对于下面的代码，A没有默认构造，会报错：

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a(a)
	{}
private:
	int _a;
};

class B
{
public:
	//内置类型，有缺省值用缺省值，没有就用随机值
	//自定义类型，调用它的默认构造函数，如果没有默认构造就报错
	B()
		:_n(10)
	{
	}
private:
	const int _n;//声明
	int _m = 1; //缺省值

	A _a;
};


int main()
{
	B b;
	return 0;
}

image-20221012232719473

我们可以在类B进行显示初始化列表：

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a(a)
	{}
private:
	int _a;
};

class B
{
public:
	B()
		:_n(10)
		,_m(2)
		,_a(10)
	{
	}
private:
	const int _n;//声明
	int _m = 1; //缺省值

	A _a;
};


int main()
{
	B b;
	return 0;
}

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 

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
		, _a2(_a1)
	{}
	void Print() 
	{
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}
private:
	int _a2;//先初始化 _a2
	int _a1;
};

int main() 
{
	A aa(1);
	aa.Print();
}

image-20221012235921853

对于初始化列表我们可以简单小结一下：

1.尽量使用初始化列表初始化

2.一个类尽量提供默认构造。（可以提供全缺省）

3.explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用

class Date
{
public:
    //单参数支持隐式类型的转换
	Date(int year)
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2022);
	//隐式类型的转换
	Date d2 = 2022;//本来是构造(临时)+拷贝构造，会优化成直接构造
    
	const Date& d6 = 2022;
	return 0;
}

用explicit修饰构造函数，将会禁止单参构造函数的隐式转换

class Date
{
public:
	explicit Date(int year)
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1(2022);
	//隐式类型的转换
	Date d2 = 2022;
	const Date& d6 = 2022;

	return 0;
}

image-20221013095610288

多参数构造——C++11才开始支持

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1 = {2022, 10, 13};
	const Date& d2 = { 2022,10,13 };
	return 0;
}

二、static成员

1.概念

static的类型有：

  • 全局static

  • 局部static

  • 类里面static(static成员变量属于类，并且类的每个对象共享)

基本概念

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。**静态的成员变量一定要在类外进行初始化

==静态成员函数和静态成员变量可以相互配合起来使用==

实现一个类，计算中程序中创建出了多少个类对象:

我们可以在类中声明一个静态成员N用来统计创建多少个类对象，然后在设置一个静态成员函数可以进行调用，在类外对N进行定义初始化

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a(a)
	{
		++N;
	}
	A(const A& aa)
		:_a(aa._a)
	{
		++N;
	}
	//没有this指针,只能访问静态成员
	static int  GetN()
	{
		return N;
	}
private:
	int _a;

	static int N;//声明
};
//生命周期是全局的，作用域受类域控制
int A::N = 0;//定义初始化


void F1(A aa)
{
}

A F2()
{
	A aa(1);
	return aa;
}

void F3(A& aa)
{
}
int main()
{
	A aa1(1);
	A aa2 = 2;//优化了，直接构造

	A aa3 = aa1;

	cout <<aa1.GetN()<< endl;//3
    //cout<<A::GetN()<<endl;

	F1(aa1);//传值传参调用拷贝构造
	cout << aa1.GetN() << endl;//4

	F2();
	cout << aa1.GetN() << endl;//6

	F3(aa1);
	cout << aa1.GetN() << endl;//6

	cout << A::GetN() << endl;

	return 0;
}

2.特性

  1. 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例
  2. 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字
  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. 静态成员和类的普通成员一样，也有public、protected、private3种访问级别，也可以具有返回值

对于静态成员的作用，我们可以来通过一道题目简单理解一下下哈：

[JZ64求1+2+3+…+n](求1+2+3+…+n_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com))

image-20221013180023234

此题我们就可以利用静态成员来完美解决。(用位运算也可以解决)

class Sum
{
public:
    Sum()
    {
        _ret+=_i;
        ++_i;
    }

    static int GetRet()
    {
        return _ret;
    }

private:
    static int _i;
    static int _ret;

};


int Sum::_i = 1;
int Sum::_ret = 0;


class Solution {
public:
    int Sum_Solution(int n) {
        Sum arr[n];
        return Sum::GetRet();
    }
};

三、C++11成员初始化

C++11支持非静态成员变量在声明时进行初始化赋值，但是要注意这里不是初始化，这里是给声明的成员变量缺省值

class B
{
public:
	B(int b = 0)
		:_b(b)
	{}
	int _b;
};
class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << a << endl;
		cout << b._b << endl;
		cout << p << endl;
	}
private:
	// 非静态成员变量，可以在成员声明时给缺省值。
	int a = 10;
	B b = 20;
	int* p = (int*)malloc(4);
	static int n;
};
int A::n = 10;
int main()
{
	A a;
	a.Print();
	return 0;
}

四、友元

友元分为：友元函数和**友元类
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。

1.友元函数

在日期类重载operator<< ，我们就谈过友元了。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。 下面通过一个代码来看看是如何使用的：

class Date
{
	friend ostream& operator <<(ostream& cout, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& cin, Date& d);
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _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;
}

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和原理相同

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

比如在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是A的友元。

class Date; // 前置声明
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, int minute, int second)
		: _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)
		,_t(1,1,1)
	{}
	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;
};

五、内部类

概念及特性

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。注意此时这个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调用内部类。外部类对内部类没有任何优越的访问权限

比如下面的例子，B可以访问A，A不可以访问B

==注意：内部类就是外部类的友元类。注意友元类的定义，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==。

//相当于两个独立的类
//B类的访问受A的类域和访问限定符的限制
class A
{
private:
	static int k;
	int _a;
public://B天生就是A的友元
	class B
	{
		int _b;
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;
			cout << a._a << endl;
		}
	};
};
int A::k = 1;
int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
	A aa;
	A::B bb;
	bb.foo(A());
	return 0;
}

六、匿名对象

什么是匿名对象呢？废话不多说，我们直接进入代码实践👇

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	//有名对象
	A aa0;
	A aa1(1);
	A aa2 = 2;
	//匿名对象——生命周期只在当前这一行
	A();
	A(3);
	return 0;
}

image-20221013223652976

匿名对象在特定的场景之下使我们更加方便(偷懒)：

A func()
{
	//通常方式
	//A ret(10);
	//return ret;

	//匿名对象
	return A(10);
}

七、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，我们可以对一些场景进行简单的分析：内容较繁琐

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)
{

}

int main()
{
    //优化场景1：
	//A aa1 = 1; //A tmp(1) A aa1(tmp)--->构造+拷贝构造———>优化 A aa1(1)

	//优化场景2：
	//A aa1(1);构造
	//f1(aa1);拷贝构造
	f1(A(1));//构造匿名对象+拷贝构造——>优化，直接构造
    
	return 0;
}

对于优化场景1：我们知道，隐式转化会构造一个临时对象tmp(1)，然后再去进行拷贝构造，但是编译器在这个地方进行了优化，只需要构造一次就足矣。

对于优化场景2：对于匿名对象类，我们需要构造匿名对象，还需要进行拷贝构造，但是这里也进行了优化，构造。

对于优化场景3，我们先来重新写一下代码，上面的代码比较多了，比较容易乱：

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;
};

A f2()
{
	A aa;
	return aa;
}
int main()
{
    //f2();
    //优化场景3：
    A ret = f2();//构造+拷贝构造+拷贝构造——>优化：构造+拷贝构造
    return 0;
}

如果直接去调用：

image-20221013231259316

这是正常情况，构造+拷贝构造。但是对于优化场景3：

image-20221013231956748

image-20221013232023306

编译器在这个地方也进行了优化。拷贝构造和拷贝构造合二为一。同时，要和下面这种情况区分开哦：

image-20221013232605120

image-20221013232626305

最后的优化场景：

A f3()
{
	return A(10);
}
int main()
{
    A ret = f3();
	return 0;
}

本来：image-20221013233611992

实际上做了优化：

image-20221013233646038

八、再次理解

C++是基于面向对象的程序，面向对象有三大特性即：封装、继承、多态。

  • C++通过类，将一个对象的属性与行为结合在一起，使其更符合人们对于一件事物的认知，将属于该对象的所有东西打包在一起；通过访问限定符选择性的将其部分功能开放出来与其他对象进行交互，而对于对象内部的一些实现细节，外部用户不需要知道，知道了有些情况下也没用，反而增加了使用或者维护的难度，让整个事情复杂化

  • 面向对象其实是在模拟抽象映射现实世界。

image-20221015201749618

九、总结

至此，我们把C++类和对象的内容全部介绍完毕，也终于结束掉了类和对象，顺利打败怪完成升级。相信通过这几篇类和对象的博客，对类和对象有了较深的了解，如果觉得有用的话，支持一下博主把🌹

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