C++：类和对象(下)

1.再谈构造函数：

构造函数体赋值：

回顾：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。所以这里有了初始化列表的概念！

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。

        内置类型默认给随机值，自定义类型会去调用它的默认构造函数！！！

class A 
{
public:
	A(int a)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}
private:
	int _a;
 
};
 
namespace LFH
{
	class Date
	{
	public:
		//Date(int year, int month, int day)
		//{
		//	// 函数体内初始化
		//	_year = year;
		//	_month = month;
		//	_day = day;
		//}
 
		//Date(int year, int month, int day)
		//	:_year(year)
		//	,_month(month)
		//	,_day(day)
		//	,_aa(year)
		//	, _ref(year)
		//	, _n(day)
		//{
 
		//}
 
		Date(int year, int month, int day)
			:_aa(year)
			, _ref(year)
			, _n(day)
		{
			// 函数体内初始化
			_year = year;
			_month = month;
			_day = day;
		}
 
	private:
		//声明
		int _year = 1; // 缺省值
		int _month = 1;
		int _day;
 
		A _aa;//无初始化的自定义类型
		int& _ref;//引用：定义时必须初始化
		const int _n;//const：定义时必须初始化(后面无法修改)
	};
};
 
int main()
{
	LFH::Date d1(2023, 11, 4);
 
	return 0;
}

初始化列表解决的问题：
         1.必须在定义时显示初始化：引用，const，没有默认构造的自定义类型
         2.有些自定义成员想自己控制初始化
         尽量使用初始化列表初始化
 问：构造函数能不能只要初始化列表，不要函数体初始化？
 答：不能，因为有些初始化或者检查的工作，初始化列表也不能全部搞定
         比如：malloc开辟空间，需要在函数体(他们可以混着用)里判断是否开辟成功

【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：

                2.1引用成员变量
                2.2const成员变量
                2.3自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)

class Stack
{
public:
	Stack(int n = 2)
		:_a((int*)malloc(sizeof(int) * n))
		,_top(0)
		,_capacity(n)
	{
		if (_a == nullptr)
		{
			perror("malloc fail");
			exit(-1);
		}
 
		memset(_a, 0, sizeof(int) * n);
	}
 
private:
	int* _a;
	int _top;
	int _capacity;
};
 
 
class MyQueue
{
public:
	MyQueue(int n1 = 10, int n2 = 20)
		:p1(n1)
		,p2(n2)
	{
 
	}
 
private:
	Stack p1;
	Stack p2;
 
	int _size;
};
int main()
{
	MyQueue s1;
 
	return 0;
}

         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 A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
		,_a2(_a1)
	{
 
	}
 
	void Print() {
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}
 
private:
	int _a2;
	int _a1;
};
 
int main()
{
	A aa(10);
	aa.Print();
 
	return 0;
}

为什么_a2得到的是一个随机值？

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。

建议：声明顺序和初始化列表顺序保持一致，避免出来理解问题(如上代码!)

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。

 内置类型隐式转换成自定义类型:
    因为：A有int单参数构造函数(支持一个与参数类型相同的参数)/（多参数带缺省值）发生隐式转换
    不想隐式类型转换发生：构造函数前加：explicit

class A
{
public:
	//explicit A(int a)
	A(int a)
		:_a(a)
	{
 
	}
}；
int main()
{
 
	//内置类型隐式转换成自定义类型
	//因为：A有int单参数构造函数(支持一个与参数类型相同的参数)/（多参数带缺省值）发生隐式转换
	//不想隐式类型转换发生：构造函数前加：explicit
	A aa3 = 3;
	const A& ra = 3;
    
    return 0;
}

class Date
{
public:
	Date(int year , int month = 1, int day = 1)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
 
	}
 
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
 
int main()
{
    Date d1(2023, 11, 2);
	Date d2 = (2023, 11, 4);//逗号表达式参数为：4，结果：d2：(4,1,1)
	Date d3 = 2023;//d3:（2023,1,1）
 
	Date d4 = { 2023,11,4 };//{ }可以多参数转换
	const Date& d5 = { 2023,11,4 };
 
	return 0;
}

2.static成员：

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

问题：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;
}

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 (不能随意调用)

这里我们做一道类似的题目。

受知识储备限制，我们这里需要了解变长数组这个概念，即：arr[ n ],变长数组在C99及后才支持，而在OJ题中用的是g++编译所有可以使用。

编程题：

 求1+2+3+...+n_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)

class Sum
{
public:
    Sum()
    {
        _ret += _i;
        ++_i;
    }
    static int Getsum()
    {
        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];//调用n次构造函数
 
        return Sum::Getsum();
    }
};

3.有元：

        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。因为高耦合：一个出问题，会对其他的产生影响！
友元分为：友元函数 和 友元类

友元函数：

        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。

class Date
{
    //友元声明
	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;
};
//全局
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;
}

        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。可以理解为我是这个类的朋友，你把我当朋友，给了我去你随意进出你家的权限！

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

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。(你把我当朋友，我不一定把你当朋友！)
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时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:
	int h;
public:
	class B
	{
	public:
		void func()
		{
			//内部类天生是外部类的友元
			A aa;
			++aa.h;
		}
	private:
		int _b;
	};
};
 
int main()
{
	//不计友元的大小
	cout << sizeof(A) << endl;
 
	A aa;
	A::B bb;//如果不是公有就无法这样调用
	//如果是private则只能通过A的成员函数调用B
 
	return 0;
}

B可以去访问A的成员变量或成员函数，但是A不能去访问Bde成员变量或成员函数，如果把B类定义成private，那么就不能通过A::B来使用B，只能通过A的成员函数来使用！

5.匿名对象： 

A( ) //会调用构造函数

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.扩展知识(编译器的优化)：

同一个表达式中，连续构造+构造 / 构造+拷贝构造 / 拷贝构造+拷贝构造会合二为一

(两种调用方式优化为一种)
         a、构造+构造->构造(优化)
         b、构造+拷贝构造->构造(优化)
         c、拷贝构造+拷贝构造->拷贝构造(优化)

        近10年左右的编译器都会做上述优化，需要注意的是上述是在Debug模式下进行的，在release模式下会有更深度的优化，由于不同的编译器优化程度不同就不详细讲述。

        如果在Linux上用g++编译，默认是在release模式下编译，可通过-fno-elide-constructors关闭优化！

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、构造+构造->构造(优化)

int main()
{
	//构造+构造->构造(优化)
	A aa1 = 1;//先构造一个临时对象，再拷贝构造给aa1
	
	//可以通过下面观察知道应该先构造一个临时对象
	const A& raa = 3;
 
	return 0;
}

 b、构造+拷贝构造->构造(优化)

void func(A aa1)
{
	
}
 
int main()
{
	//构造函数
	A aa(1);
	//拷贝构造
	func(aa);
	cout << "1111111" << endl;
 
	//当把它们写在一条表达式上时
	func(A(2));//构造+拷贝构造->构造(优化)
	cout << "2222222" << endl;
 
	//3构造(隐式转换成A类型的)，再拷贝构造
	func(3);//构造+拷贝构造->构造(优化)
 
	return 0;
}

  c、拷贝构造+拷贝构造->拷贝构造(优化)

A func()
{
	A aa;
 
	return aa;
}
 
int main()
{
	A aa1 = func();//拷贝构造+拷贝构造->拷贝构造(优化)
	cout << "1111111111" << 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等)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。

以上就是个人学习的见解和学习过程的解析，欢迎各位大佬在评论区探讨，交流！

如果本篇对你有帮助的话，三连支持一下吧。

感谢大佬们的三连！ 感谢大佬们的三连！ 感谢大佬们的三连！