【C++】const、static关键字和构造函数初始化

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1. const修饰成员函数

1.1 语法格式

1.2 权限放大缩小

1.3 思考

1.4 解答

2. 再谈构造函数

2.1 构造函数体赋值

2.2 初始化列表

2.3 explicit关键字

3. static成员

3.1 静态变量

3.2 静态函数

3.3 静态成员变量

1. const修饰成员函数

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。

1.1 语法格式

在成员函数的声明中使用const关键字的语法格式为：

返回类型 函数名() const;

在成员函数的定义中使用const关键字的语法格式为：

返回类型 类名::函数名() const {
    // 函数体
}

1.2 权限放大缩小

const 修饰的权限放大（扩大）或缩小（缩小）取决于成员函数和成员变量的修饰符。

  1. 成员函数：

    • 如果一个非const成员函数被const修饰符修饰，它的权限会缩小，即它不能修改对象的非mutable成员变量，也不能调用非const成员函数。
    • 如果一个const成员函数被const修饰符修饰，它的权限保持不变，即它不能修改对象的任何成员变量，也不能调用非const成员函数。

  2. 成员变量：

    • 如果一个非const成员变量被const修饰符修饰，它的权限会缩小，即它只能被const成员函数访问，而非const成员函数不能修改它。
    • 如果一个const成员变量被const修饰符修饰，它的权限保持不变，即它不能修改对象的任何成员变量，也不能调用非const成员函数。
class Example {
private:
    int data;
    const int constData;
    mutable int mutableData;

public:
    void nonConstFunc() {
        data = 10; // 可以修改非const成员变量
        constData = 20; // 错误！不能修改const成员变量
        mutableData = 30; // 可以修改mutable成员变量
        constFunc(); // 可以调用const成员函数
        nonConstMemberFunc(); // 可以调用非const成员函数
    }

    void constFunc() const {
        data = 10; // 错误！不能修改非mutable成员变量
        constData = 20; // 错误！不能修改const成员变量
        mutableData = 30; // 可以修改mutable成员变量
        nonConstMemberFunc(); // 错误！不能调用非const成员函数
    }

    void nonConstMemberFunc() {
        // 省略函数体
    }
};

1.3 思考

1. const对象可以调用非const成员函数吗？

2. 非const对象可以调用const成员函数吗？

3. const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗？

4. 非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗？

1.4 解答

1. const对象不能调用非const成员函数。

const对象被视为只读对象，它的成员函数不能修改对象的状态。

因此，只有被声明为常成员函数的成员函数才能在const对象上调用。

#include <iostream>
using namespace std;


class Example 
{
public:
    void nonConstFunc() 
    {
        cout << "Non-const member function." << endl;
    }

    void constFunc() const 
    {
        cout << "Const member function." << endl;
    }
};

int main() 
{
    const Example obj;
    obj.constFunc(); // 可以调用const成员函数
    obj.nonConstFunc(); // 错误！不能调用非const成员函数

    return 0;
}

注释掉 “ obj.nonConstFunc(); ” 之后：

2. 非const对象可以调用const成员函数。

const成员函数是一种特殊的成员函数，它承诺不修改对象的状态。

因此，无论是非const对象还是const对象，都可以调用const成员函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class Example {
public:
    void nonConstFunc() 
    {
        cout << "Non-const member function." << endl;
    }

    void constFunc() const 
    {
        cout << "Const member function." << endl;
    }
};

int main() 
{
    Example obj;
    obj.constFunc(); // 可以调用const成员函数
    obj.nonConstFunc(); // 可以调用非const成员函数

    return 0;
}

 3. const成员函数内不可以调用其他非const成员函数。

const成员函数调用非const成员函数，调用该const成员函数的对象已经被设置为const类型，只可以访问不能修改，在用该const成员函数访问其他非const成员函数可能会修改，因此const成员函数不能调用非const成员函数。

#include <iostream>
using namespace std;

class Example 
{
public:
    void nonConstFunc() 
    {
        cout << "Non-const member function." << endl;
    }

    void constFunc() const 
    {
        cout << "Const member function." << endl;
        nonConstFunc(); // 可以调用非const成员函数
    }
};

int main() {
    Example obj;
    obj.constFunc();

    return 0;
}

4.  非const成员函数内可以调用其他的const成员函数。

非const成员函数可以修改对象的状态，因此它在内部调用const成员函数时可以保证对象的状态不被修改。

#include <iostream>
using namespace std;

class Example {
private:
    int data;

public:
    Example(int val) : data(val) 
    {}

    void nonConstFunc() {
        cout << "Non-const member function." << endl;
        constFunc(); // 可以调用const成员函数
    }

    void constFunc() const {
        cout << "Const member function." << endl;
        cout << "Data: " << data << endl;
    }
};

int main() 
{
    Example obj(10);
    obj.nonConstFunc();

    return 0;
}

2. 再谈构造函数

2.1 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。

2.2 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 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)

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

class A
{
public:
	//A(int a = 0, int b = 1)
	A(int a, int b)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}

private:
	int _a;
};

class Date
{
public:
	// 初始化列表是每个成员变量定义初始化的位置
	// 能用初始化列表就建议用初始化列表
	Date(int year, int month, int day, int& x)
		:_year(year)
		,_month(month)
		,_day(day)
		,_n(1)
		,_ref(x)
		,_aa(1, 2)
		,_p((int*)malloc(sizeof(4) * 10))
	{
		if (_p == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
		}

		for (size_t i = 0; i < 10; i++)
		{
			_p[i] = 0;
		}
	}

private:
	// 声明
	int _year;
	int _month;
	int _day;

	// 必须走初始化
	const int _n;
	int& _ref;
	A _aa;

	int* _p;
};

int main()
{
	// 对象实例化
	int x = 10;
	Date d1(2024, 1, 31, x);

	//A aa(2, 3);
 
	return 0;
}

2.3 explicit关键字

explicit是一个关键字，用于声明构造函数为显示构造函数。

当一个构造函数被声明为explicit时，它不能被用于隐式转换，只能被用于显式地创建对象。这个关键字通常用于防止意外的隐式类型转换。

class MyInt 
{
public:
    explicit MyInt(int i) 
        : value(i) 
    {}
    int getValue() const 
    { 
        return value; 
    }

private:
    int value;
};

void foo(MyInt mi) 
{
    int i = mi.getValue();
    // ...
}

int main() {
    MyInt mi1 = 42;      // 错误，不能进行隐式转换
    MyInt mi2(42);       // 正确，可以显式创建对象
    foo(42);             // 错误，不能进行隐式转换
    foo(MyInt(42));      // 正确，可以显式创建对象
    return 0;
}

3. static成员

static是用于修饰变量、函数和类成员的关键字。它可以有不同的作用，具体取决于它应用的位置。

3.1 静态变量

在函数内部使用static修饰的变量称为静态变量，它的生命周期是整个程序运行期间，而不是仅在函数调用时存在。

静态变量在内存中只有一个副本，且在第一次初始化时赋值，并且在程序结束时销毁。静态变量默认为0，除非显式初始化。

void foo() 
{
	static int count = 0; // 静态变量
	count++;
	cout << "Count: " << count << endl;
}

int main() {
	foo(); // 输出 Count: 1
	foo(); // 输出 Count: 2
	foo(); // 输出 Count: 3
	return 0;
}

3.2 静态函数

在类内部使用static修饰的函数称为静态函数，它与类的实例无关，可以直接通过类名调用，而不需要创建对象。

静态函数只能访问类的静态成员变量和其他静态函数，不能访问非静态成员变量和非静态函数。

class MyClass 
{
public:
    static void myStaticFunc() 
    {
        cout << "Static function!" << endl;
    }
};

int main() 
{
    MyClass::myStaticFunc(); // 直接调用静态函数
    return 0;
}

静态函数的特点：

  1. 静态函数属于类本身，而不是类的实例。
  2. 静态函数可以直接通过类名调用，不需要通过对象来调用。
  3. 静态函数无法访问非静态成员变量和非静态成员函数，因为它们是与对象相关的。
  4. 静态函数可以访问静态成员变量和静态成员函数。
  5. 静态函数在类的范围内具有全局可见性，可以在其他源文件中使用类名来调用静态函数。

 

3.3 静态成员变量

在类内部使用static修饰的成员变量称为静态成员变量，它是类的所有实例共享的，不属于任何特定对象。

静态成员变量在类内部声明，并在类外部进行定义和初始化。定义时需要指定数据类型，并且通常需要提供一个初始值。

声明静态成员变量：

class MyClass {
public:
    static int myStaticVar; // 静态成员变量的声明
};

定义和初始化静态成员变量（在类外部）：

int MyClass::myStaticVar = 0; // 静态成员变量的定义和初始化

静态成员变量可以像普通成员变量一样访问，可以通过类名和作用域运算符::，或者通过对象名和点操作符.来访问。

MyClass::myStaticVar = 5; // 通过类名访问静态成员变量
MyClass obj;
obj.myStaticVar = 10; // 通过对象名访问静态成员变量

静态成员变量的特点：

  1. 所有的类对象共享同一个静态成员变量。
  2. 静态成员变量在程序开始时初始化，并在程序结束时销毁。
  3. 静态成员变量可以被所有对象访问，但只有一个副本。
  4. 静态成员变量可以被类的所有成员函数访问，包括静态成员函数和非静态成员函数。

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