C++类和对象终章——友元函数 | 友元类 | 内部类 | 匿名对象 | 关于拷贝对象时一些编译器优化-Toy模板网

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C++类和对象终章——友元函数 | 友元类 | 内部类 | 匿名对象 | 关于拷贝对象时一些编译器优化

💐专栏导读

🌸作者简介：花想云，在读本科生一枚，致力于 C/C++、Linux 学习。

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💐文章导读

本文为类和对象终章，我们将学习友元的概念，包含友元函数和友元类；内部类；匿名对象以及关于拷贝构造时一些编译器优化的情况等。

🌷友元

面向对象有三大特性——封装、继承、多态。从学习C++至今，我们一直在谈封装的重要性。但是在某些特殊的情况下，有时需要突破封装的限制。

🌼举例

之前我们通过实现日期类来学习运算符重载。其中实现操作符<<（流插入）、>>（流提取）的重载时，我们遇到了难题——如果在类中实现<<>>重载，我们无法调换this指针的位置，导致实现出来的重载<<用起来怪怪的。如下：

class Date
{
//...
	//使用因为返回，为了适应连续输入或输出的情况
	ostream& operator<<(ostream& out)
	{
		out << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
		return out;
	}
	istream& operator>>(istream& in)
	{
		in >>_year >>_month >>_day;
		return in;
	}
	//...
}
void Test()
{
	Date d1(2023, 4, 1);
	d1 << cout;//有点奇怪
}

还记得当时我们是怎么解决的吗？答案是，可以将两个函数改为友元函数。例如：

class Date
{
//...
	//声明友元函数
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
	//...
}
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日";
	return out;
}

istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}

上次我们只是浅浅的看了一下友元函数的使用。今天我们正式认识一下友元。

🌺概念

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。

🌺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。

🌼示例

{
//...
	//声明友元函数
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
	//...
}
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "年" << d._month << "月" << d._day << "日";
	return out;
}

istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}

🍁友元函数的重要性质

友元函数有如下几条重要的性质：

友元函数可访问类的私有和保护成员，但它不是类的成员函数；
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；

🌺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。

🌼示例

class Time
{
	friend class Date;//声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中可以直接发访问时间类
	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 = 2023, int month = 4, int day = 9)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
	void SetTime(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;
};

🍁友元类的重要性质

友元类的重要性质如下：

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。

友元关系不能继承（先不做解释）；

🌷内部类（不常用）

如果一个类定义在另一个类的内部，这个类就叫做内部类。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。

内部类有一个重要的性质——内部类天生就是外部类的友元。参照友元类的定义，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。

🌺内部类的性质

内部类可以定义在外部类的public、protected、private下。
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或类名。
sizeof(外部类)=外部类，说明外部类和内部类在空间上没有任何关系。

🌼示例

class A
{
private:
	//声明static成员
	static int k;
	int n=0;
public:
	class B // B天生就是A的友元
	{
	public:
		void print(const A& a)
		{
			cout << k << endl;
			cout << a.n << endl;
		}
	};
};

//初始化static成员
int A::k = 1;

int main()
{
	A::B b;//定义B类对象

	A a;
	b.print(a);
	return 0;
}

🌷匿名对象

匿名对象，顾名思义，该对象没有名字就叫匿名对象。匿名对象重要的性质：

匿名对象的生命周期只在定义它的那一行；

🌼示例

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	//普通对象
	A a1;
	//匿名对象的定义
	return 0;
}

匿名对象看似鸡肋，但在某些场合下非常适用。比如，我们只想拿到类内部的某个成员的值，或只是想用一下类中的某个成员函数，为了一件简单的事而专门定义一个对象再销毁显得有点多此一举，那么就可以使用匿名对象。

🌼示例

class solution
{
public:
	int Sum_Solution(int n)
	{
		int sum = 0;
		for (int i = 1; i <= n; i++)
		{
			sum += i;
		}
		return sum;
	}
};
int main()
{
	//匿名对象的使用场景
	cout << solution().Sum_Solution(100) << endl;
	return 0;
}

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🌷关于拷贝对象时一些编译器优化

对于有些场景下，若出现拷贝构造与构造同时出现的情况，编译器可能省略中间的拷贝构造，转化为直接构造。（此种情况取决于不同编译器不同的实现方法）

🌼示例

上一章中，我们谈到类型转换。这是典型的1个拷贝构造+1个构造优化为——>直接构造。

class Date
{
public:
	Date(int year)
		:_year(year)
	{}
private:
	int _year=0;
};

void Test()
{
	//1个拷贝构造+1个构造优化为——>直接构造
	Date d2 = 2023;
}

🌼其它情况

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{}
private:
	int _a;
};

void func1(A aa)
{

}

void func2(const A& aa)
{

}

A func3()
{
	A aa;
	return aa; 
}

A func4()
{
	return A();
}

int main()
{
	A aa1 = 1; // 构造+拷贝构造 ——> 优化为直接构造
	func1(aa1); // 无优化
	func1(2); // 构造+拷贝构造 ——> 优化为直接构造
	func1(A(3)); // 构造+拷贝构造——> 优化为直接构造
	func2(aa1);  // 无优化
	func2(2);    // 无优化
    func2(A(3)); // 无优化

	A aa1 = func3(); // 拷贝构造+拷贝构造  -- 优化为一个拷贝构造

	A aa2;
	aa2 = func3();  // 不能优化

	func4(); // 构造+拷贝构造 -- 优化为直接构造
	A aa3 = func4(); // 构造+拷贝构造+拷贝构造  -- 优化为直接构造

	return 0;
}