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类与对象（三）

工程与房产肖律师 2022-03-30 阅读 78
c++

一、深入挖掘构造函数

★ 构造函数体内赋值

首先我们先来看下如下的参考代码：

class Date
{
public:
	// 构造函数
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

在之前我们一直认为，上述参考代码中的构造函数是对日期类的初始化操作，但是因为初始化只能初始化一次，所以上述的这种至多只能称作是对成员变量赋初值。

★ 初始化列表

        既然上面的那种形式只是对类成员变量的赋初值，那么正确的初始化操作因该是怎样的呢？ 

答案是：通过初始化列表完成初始化操作。 

★ 概念

        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。参考代码如下：

class Date
{
public:
	// 构造函数
	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;
};

★ 初始化列表注意事项

1. 每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(符合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(该类没有默认构造函数)

参考代码如下：

class A
{
public:
	// 构造函数
	A(int a)
		:_ago(a)
	{}
private:
	int _ago;
};

class xxp
{
public:
	xxp(int id, int big, A aa)
		:_id(id)
		,_big(big)
		,_aa(aa)
	{}
private:
	int& _id;
	const int _big;
	A _aa;
};

int main()
{
	xxp x(1, 2, 3);
	return 0;
}

调试结果如下：

图一 

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。
参考代码如下：

class Date
{
public:
	// 构造函数
	Date(int year, int month, int day, int i)
		// 初始化列表
		: _month(month+(i++))
		, _year(year+(i++))
		, _day(day + (i++))
	{}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	int i = 1;
	Date d1(0, 0, 0, i);
	return 0;
}

结果一：（假设遵循上述第4条规则） 

结果二：（按照初始化列表顺序初始化） 

调试结果：

 图二

5. explicit 关键字

        构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用。但在使用explicit修饰构造函数后，将会禁止单参构造函数的隐式转换。参考代码如下：

class Date
{
public:
	 // 构造函数
	Date(int year)
		:_year(year)
	{}

	// explicit 关键字
	explicit Date(int year)
		:_year(year)
	{}

private:
	int _year;
};

void TestDate()
{
	Date d1(2021);
	// 用一个整形变量给日期类型对象赋值
	d1 = 2022;
	// 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
}

int main()
{
	TestDate();
	return 0;
}

调试上述未被explicit修饰的构造函数：

图三

        通过调试结果不难发现，我们将一个整型数字2022赋值给了类对象，发生了类型转换。

调试上述被explicit修饰的构造函数：

图四 

        程序报错，无法正常运行。 说明使用explicit修饰构造函数后，将会禁止单参构造函数的隐式转换。

二、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。静态的成员变量一定要在类外进行初始化。

★ 特性

        1. 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的实例。
        2. 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字。
        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. 静态成员和类的普通成员一样，也有public、protected、private三种访问级别，也可以具有返回值。

参考代码如下：

class Date
{
public:
	Date(int year, int month)
		:_year(year)
		, _month(month)
	{}

	// 非静态成员函数访问静态成员变量
	void DatePrint() 
	{
		cout << _year << ' ' << _month << ' ' << _day << endl;
	}

    // 静态成员函数访问非静态成员变量（报错）
    static void DatePrint()
	{
		cout << _year << ' ' << _month << ' ' << _day << endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	static int _day; // static 修饰
};
// 静态成员变量需要在类外面进行初始化操作
int Date::_day = 27;

int main()
{
	Date d1(2022, 3);  // 实例化对象
	d1.DatePrint();
	return 0;
}

        当static修饰的静态成员变量访问非静态成员变量时，其报错信息如下：

图五

★ 问题

        1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

                答案：不可以，上面以验证。

        2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？

                答案：可以，可自行通过上述参考代码验证。

三、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。

参考代码如下：

class Date
{
public:
	Date(int day)
		:_day(day)
	{}

	void DatePrint()
	{
		cout << _year << ' ' << _month << ' ' << _day << endl;
	}

private:
	int _year = 2022;
	int _month = 3;
	int _day; 
};

int main()
{
	Date d1(27);  // 实例化对象
	d1.DatePrint();
	return 0;
}

运行结果如下：

图六

四、友元

★ 友元分类

图七

注意：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

        对于operator重载函数，其左操作数对应于隐含的this指针，有函数为显示形参接收。但当我们去尝试重载operator<<时，我们会发现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。

★ 情况一：

        未使用友元，又想在类中重载operator>>:

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}

	ostream& operator<<(ostream& _cout)
	{
		_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
		return _cout;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d(2022, 3, 27);
	d << cout;
	return 0;
}

        不难发现，其使用形式与规定并不相同。

★ 情况二：

        使用友元函数，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。参考代码如下：

class Date
{
	// 友元函数声明需要使用 friend 关键字修饰
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:
	// 默认构造

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和原理相同。

★ 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。

        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B是A的友元，C是B的友元，则不能说明C时A的友元
        

class Date; // 前置声明
class Time
{
    // 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
	friend class Date; 
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 TimePrint()
	{
		// 直接访问时间类私有的成员变量(为了和所在类访问加以区分，需要采用对象.成员变量的形式)
		cout << _t._hour << ':' << _t._minute << ':' << _t._second << endl;
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time _t;
};

int main()
{
	Time t;
	Date d;
	d.TimePrint();
	return 0;
}

        代码结果自行验证。

五、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。注意此时这个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。

注意

        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。

★ 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、枚举成员，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。

参考代码如下：

// 外部类
class Time
{
public:
	// 内部类定义在外部类的 public
	class Date
	{
	public:
		Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
			: _year(year)
			, _month(month)
			, _day(day)
		{}

		void TimePrint(const Time& _t)
		{
			// 直接访问时间类私有的成员变量
			cout << _t._hour << '-' << _t._minute << '-' << _t._second << endl;
		}

	private:
		int _year;
		int _month;
		int _day;
	};

	Time(int hour = 1, int minute = 1)
		: _hour(hour)
		, _minute(minute)
	{}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	static int _second;
};

// 外部类中静态成员变量定义
int Time::_second = 10;

int main()
{
	Time t;
	Time::Date d;
	d.TimePrint(t);
    cout << sizeof(t) << endl;  // 8
	return 0;
}

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