C++：类与对象完结篇

hello，各位小伙伴，本篇文章跟大家一起学习《C++：运算符重载》，感谢大家对我上一篇的支持，如有什么问题，还请多多指教 ！

重新认识构造函数

在《C++：构造函数、析构函数、拷贝构造函数》讲到构造函数是对对象成员变量的初始化，在实例化对象时，编译器会调用构造函数来对对象的成员变量给予一个合适的初始值。
如下：

class Date
{
public:
 Date(int year, int month, int day)
 {
 _year = year;
 _month = month;
 _day = day;
 }
 
private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

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。

所以要用初始化列表

1.初始化列表

对于初始化列表的格式，先看代码：

class Date
{
public:
 Date(int year, int month, int day)
 	: _year(year)
	, _month(month)
 	,_day(day)
 {}
 
private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

格式：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。
注意：一定是要用括号()来初始化，用=是错误的，而且每个成员变量初始化写完后，后面是没有分号:的！

当然，初始化列表和函数体可混着用，顺序是：先走初始化列表，再走函数体。
一般更偏向于使用初始化列表，尽量能使用初始化列表就不要使用函数体

【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)

这么说：初始化列表就是每个成员变量定义的地方。类体里只是进行了声明，并没有定义。
这么就好理解了：

• 引用必须要在定义的时候初始化
• const在定义的时候也要初始化，这是因为 const 修饰的变量被视为常量，一旦初始化就不能再被修改。
• 该类没有默认构造函数时，自定义类型要在定义时初始化

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 
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23

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

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
看下面例子：

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();
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

• A. 输出1 1
• B.程序崩溃
• C.编译不通过
• D.输出1 随机值

答案是D，因为声明顺序是先_a2再到_a1，所以初始化顺序也是先_a2再到_a1，那么就很容易理解了

2.explicit关键字

讲explicit关键字前先来看下述代码：

class Date
{
public:
//  explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1) // 代码1
	Date(int year, int month = 1, int day = 1) // 代码2
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	Date(const Date& d)
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._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;
};

int main()
{
	Date d1(2022);
	Date d1 = 2022;
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38

对于d1可能会认为只是将2022传给了形参year，但实际上，对于单个参数传参，编译器会将2022隐式类型转换为Date类的无名对象，最后用无名对象给d1对象进行赋值

所以，为了防止编译器自动隐式类型转换，要使用explicit关键字来修饰构造函数，当把代码1放开，屏蔽代码2时，Date d1 = 2022;将会编译失败。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

static成员

1.static的概念

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。

举个例子：

class A
{
public:
	static void Func()
	{}
private:
	static int _a;
};
// 静态成员变量在类外进行初始化
int A::_a = 0;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

用static修饰后的成员函数，是可以在类外使用，无需用类实例化对象后，用对象调用
如：直接调用上述代码的Func()函数

int main()
{
	Func();
	return 0;
}
1
2
3
4
5

2.static的特性

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

问题来啦：

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？

答案：

1. 是的，静态成员函数可以调用非静态成员函数，但是在调用时需要通过类的对象或者类的指针来调用非静态成员函数。

2. 是的，非静态成员函数可以调用类的静态成员函数，直接通过类名即可调用。

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：友元函数和友元类

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。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;
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

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。

说明:

• 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。
  比如下述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;
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40

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;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

在 foo 函数中，a 是一个对类 A 的常量引用，所以 a.h 将会访问到 A 类的非静态成员变量 h。然而，由于没有在创建 A 类的匿名对象时给 h 赋值，因此 h 的值将是未定义的，可能是0也可能是任何其他的随机值。

在 C++ 中，没有明确初始化的内置类型成员变量（如 int）会被默认初始化为 0。所以，如果 h 没有被初始化过，它的值可能会是0。但是，这种行为并不是 C++ 标准中强制规定的，而是由编译器的实现决定的。

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。

好啦，这篇文章就到此结束了
所以你学会了吗？

好啦，本章对于《C++：类与对象完结篇》的学习就先到这里，如果有什么问题，还请指教指教，希望本篇文章能够对你有所帮助，我们下一篇见！！！

如你喜欢，点点赞就是对我的支持，感谢感谢！！！