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[C++知识库]再谈类与对象

再谈构造函数

初始化列表

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。 虽然构造函数调用之后，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。

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)//初始化列表
 : _year(year)
 , _month(month)
 , _day(day)
 {}
 
private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};

在这里插入图片描述

函数体内初始化->对于自定义成员，改用初始化列表初始化，可以提高效率
尽管左侧代码没有显示的写初始化列表，那么这里也认为列表的_b和_aa会使用默认初始化列表，也可以认为初始化列表是对象的成员定义的地方
总结：一般建议是，能使用初始化列表的成员尽量使用初始化列表初始化

class A
{
public:
	A(int a)
		:_aa = a
	{	
	}
	A& operator =(const A& a)
	{
		if (this != &a)
			_aa = a._aa;
		return *this;
	}
private:
	int _aa;
};
class B
{
public:
	B(int a, int b,int& n)
		: _b(b)
		, _aa(a)
		, _n(n)
	{
		_n = 10;
	}
private:
	const int _b;     //const
	A _aa;            // 没有默认构造函数
	int& _n;          //引用
};
int main()
{
	int m = 20;
	B b(1, 10,m);
	return 0;
}

【注意】

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)
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)

注：有些初始化用初始化列表完成不了，还得函数体内初始化（eg：带头双向循环链表），所以使用时应该灵活使用，随机应变

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();
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

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
实际中建议声明和初始化列表顺序保持一致避免出现这样类似的问题

修改：
在这里插入图片描述

explicit关键字

在C语言中，存在隐式类型转换，在C++中会沿袭C语言的内置类型的隐式类型转换，并增添了类和对象的隐式类型转换
在这里插入图片描述

aa的本质是一个隐式类型转换：

先用2去构造临时对象
再用临时对象去拷贝构造aa
最终vs编译器进行优化，优化会用2作为参数，直接去构造aa

注：虽然a和aa结构是一样的，都是调用构造函数，但aa是优化后的结果

总结：构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数或多个参数（C++11）的构造函数，还具有类型转换的作用。

explicit关键字的用法：

class Date
{
public:
	explicit Date(int year)
		:_year(year)
	{}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void TestDate()
{
	Date d1(2018);

	// 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2019构造一个无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值
	d1 = 2019;
}
int main()
{
	TestDate();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
总结：用explicit修饰构造函数，将会禁止单参或多参（C++）构造函数的隐式转换

static成员

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

class A 
{
public:
	A()
	{
		_count++;
	}
	A(const A& a)
	{
		_count++;
	}
	static int GetCount() //静态成员函数
		                  //静态成员函数没有this指针
	{
		return _count;
	}
private:
	//声明
	int _a;           //存在定义出的对象中，属于某个对象
	static int _count;//存在静态区，属于整个类，也属于每个定义出来的对象共享
	                  //静态成员变量跟全局变量比较，它受类域和访问限定符限制，别人不能轻易修改它
};
//定义初始化
//静态成员变量不能在构造函数初始化，在全局位置定义初始化
int A::_count = 0;
A f(A a)
{
	A ret(a);
	return ret;
}
void test()
{
	A a1 = f(A());
	A a2;
	A a3;
	a3 = f(a2);
}
int main()
{
	test();
	cout << sizeof(A) << endl;
	cout << A::GetCount() << endl;
	cout << A().GetCount()-1 << endl;
	return 0;
}

static的作用：
C语言：
1. 修饰全局变量和全局函数，改变链接属性，只在当前文件可见
1. 修饰局部变量，改变生命周期
C++：
1. C语言中的特性C++依旧有用，C++兼容C语言的特性
1. 修饰成员变量和成员函数，成员变量属于整个类，所有对象共享，成员函数没有this指针

static成员特性总结：

静态成员变量为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例
静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字
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
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
静态成员和类的普通成员一样，也有public、protected、private 3种访问级别，也可以具有返回值

注：

静态成员函数不可以调用非静态成员函数
非静态成员函数可以调用类的静态成员函数

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。

友元函数

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:
	Date(int year=0, int month=1, int day=1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
//为了让cout在第一参数，做左操作数，我们就可以写成全局的
//其次operator<<搞成友元可以在类中访问私有
//但是operator<<不是必须写成友元，还可以写成其他方式（用成员函数访问）
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 d1;
	Date d2;
	//运算符重载，运算符有几个操作数，重载函数就有几个参数
	//如果有两个操作数，左操作数是第一个参数，右操作数是第二个参数
	//operator<<写成成员函数，this指针默认占据第一个位置，对象就要做左操作数
	//用起来就不符合流特性，虽然可以用，但是不符合运算符原来的用法和特性    d1.operator<<(cout);
	cin >> d1 >> d2;
	cout << d1 << endl;
	cout<< d2 << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

当尝试去重载operator<<，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。所以我们要将operator<<重载成全局函数。但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。operator>>同理。

注：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。

总结：

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（友元函数没有this指针）
友元函数不能用const修饰（友元函数没有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和原理相同

友元类

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=1, int minute=1, int second=1)
		: _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;
};

总结：
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是B的友元，B是A的友元，则不能说明C是A的友元。

C++11 的成员初始化新玩法

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。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a=0)
		:_a(a)
	{}
private:
	int _a;
};
class B
{
public:
	B()
		:_b(10)
		,_p(nullptr)
		,_aa(100)
	{
	}
private:
	//给的缺省值，这里不是定义，这里只是声明，所以这里不是初始化
	int _b = 0;
	int* _p = (int*)malloc(sizeof(int) * 10);
	A _aa = 10;
	//静态变量不能在这里给缺省值，因为静态成员变量不在构造函数初始化，要在类外面全局位置定义初始化
	//static int _n = 10;
};
int main()
{
	B bb;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

总结：如果在构造函数中我们显式地给了值就不会用这里的缺省值，没有给就用缺省值。

内部类

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。

class A {
private:
	static int k;
	int h;
public:
	class B
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;//OK
			cout << a.h << endl;//OK
		}
	};
};
int A::k = 1;
int main()
{
	A::B b;
	A aa;
	b.foo(aa);
	//这里计算A类型对象大小的时候，不考虑B类型
	//B作为A的内部类，跟普通类没有什么区别，只是定义在A的内部，他受到A的类域的限制和访问限定符的限制
	cout << sizeof(A) << endl;
	return 0;
}

注意：
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。
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。）

内部类的特性：

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、枚举成员，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。

再次理解封装

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。

下面举个例子来让大家更好的理解封装性带来的好处，比如：乘火车出行
在这里插入图片描述