C++学习随笔(6)——类和对象的拓展

1. 构造函数回顾
1.1 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
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 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 )
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 
};

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。
class Time
{
public:
     Time(int hour = 0)
     :_hour(hour)
     {
         cout << "Time()" << endl;
     }
private:
     int _hour;
};

class Date
{
public:
     Date(int day)
     {}
private:
     int _day;
     Time _t;
};
int main()
{
    Date d(1);
}

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)
       :_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

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:
     // 1. 单参构造函数,没有使用explicit修饰,具有类型转换作用
     // explicit修饰构造函数,禁止类型转换---explicit去掉之后,代码可以通过编译
     explicit Date(int year)
     :_year(year)
     {}
     /*
     // 2. 虽然有多个参数,但是创建对象时后两个参数可以不传递,没有使用explicit修饰,具
    有类型转换作用
     // explicit修饰构造函数,禁止类型转换
     explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
     : _year(year)
     , _month(month)
     , _day(day)
     {}
     */
     Date& operator=(const Date& d)
     {
         if (this != &d)
         {
             _year = d._year;
             _month = d._month;
             _day = d._day;
         }
         return *this;
     }
private:
     int _year;
     int _month;
     int _day;
};
void Test()
{
     Date d1(2022);
     // 用一个整形变量给日期类型对象赋值
     // 实际编译器背后会用2023构造一个无名对象,最后用无名对象给d1对象进行赋值
     d1 = 2023;
     // 将1屏蔽掉,2放开时则编译失败,因为explicit修饰构造函数,禁止了单参构造函数类型转
    换的作用
}

上述代码可读性不是很好,explicit修饰构造函数,将会禁止构造函数的隐式转换

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 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;
}
2.2 特性
        1. 静态成员 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?
        2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗?
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 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 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;
};
友元函数 可以 直接访问 类的 私有 成员,它是 定义在类外部 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 :
        1.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。
        2.友元函数不能用 const 修饰。
        3.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。
        4.一个函数可以是多个类的友元函数。
        5.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C B 的友元, B A 的友元,则不能说明 C A 的友元。
        友元关系不能继承,在继承位置再给大家详细介绍。
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;
}
5. 匿名对象
class A
{
public:
     A(int a = 0)
         :_a(a)
     {
         cout << "A(int a)" << endl;
     }
     ~A()
     {
         cout << "~A()" << endl;
     }
private:
     int _a;
};
class Solution {
public:
     int Sum_Solution(int n) {
         //...
         return n;
     }
};
int main()
{
     A aa1;
     // 不能这么定义对象,因为编译器无法识别下面是一个函数声明,还是对象定义
     //A aa1();
     // 但是我们可以这么定义匿名对象,匿名对象的特点不用取名字,
     // 但是他的生命周期只有这一行,我们可以看到下一行他就会自动调用析构函数
     A();
     A aa2(2);
     // 匿名对象在这样场景下就很好用,当然还有一些其他使用场景,这个我们以后遇到了再说
     Solution().Sum_Solution(10);
     return 0;
}
6. 拷贝对象时的一些编译器优化
        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,这个在一些场景下还是非常有用的。
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)
{}

A f2()
{
     A aa;
     return aa;
}

int main()
{
     // 传值传参
     A aa1;
     f1(aa1);
     cout << endl;
     // 传值返回
     f2();
     cout << endl;
     // 隐式类型,连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
     f1(1);
     // 一个表达式中,连续构造+拷贝构造->优化为一个构造
     f1(A(2));
     cout << endl;
     // 一个表达式中,连续拷贝构造+拷贝构造->优化一个拷贝构造
     A aa2 = f2();
     cout << endl;
     // 一个表达式中,连续拷贝构造+赋值重载->无法优化
     aa1 = f2();
     cout << endl;
     return 0;
}
7. 再次理解类和对象
         现实生活中的实体计算机并不认识,计算机只认识二进制格式的数据。如果想要让计算机认识现实生活中的实体,用户必须通过某种面向对象的语言,对实体进行描述,然后通过编写程序,创建对象后计算机才可以认识。比如想要让计算机认识洗衣机,就需要:
        1. 用户先要对现实中洗衣机实体进行抽象 --- 即在人为思想层面对洗衣机进行认识,洗衣机有什么属性,有那些功能,即对洗衣机进行抽象认知的一个过程
        2. 经过 1 之后,在人的头脑中已经对洗衣机有了一个清醒的认识,只不过此时计算机还不清楚,想要让计算机识别人想象中的洗衣机,就需要人通过某种面相对象的语言( 比如: C++ 、 Java、 Python ) 将洗衣机用类来进行描述,并输入到计算机中
        3. 经过 2 之后,在计算机中就有了一个洗衣机类,但是洗衣机类只是站在计算机的角度对洗衣机对象进行描述的,通过洗衣机类,可以实例化出一个个具体的洗衣机对象,此时计算机才能洗衣机是什么东西。
        4. 用户就可以借助计算机中洗衣机对象,来模拟现实中的洗衣机实体了。
        在类和对象阶段,大家一定要体会到,类是对某一类实体 ( 对象 ) 来进行描述的,描述该对象具有那 些属性,那些方法,描述完成后就形成了一种新的自定义类型,才用该自定义类型就可以实例化 具体的对象

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