那些你不知道的类和对象的知识-Toy模板网

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那些你不知道的类和对象的知识,C++,c++,c语言,算法,windows

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🍉本篇简介:>:深入理解构造函数,介绍友元函数,内部类等等
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一、构造函数的深入理解

1.1 初始化列表

前面,我们已经学习过构造函数,在创建对象的时候,编译器会自动调用构造函数,用于给初始化对对象的成员变量赋予初始值.那构造函数体内的语句时初始化吗?

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		//下面这些是对成员变量的初始化操作吗?
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

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答案:
并不是初始化操作,因为初始化只能初始化一次,是指变量在创建的时候被赋予的初始值.而构造函数体内可以进行多次赋值.

那成员变量是在哪里初始化的呢?
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运行结果:

2023-2-1

类的成员变量会先经过初始化列表,再走函数体内赋值,所以month初始化为了1,后又在函数体内被重新赋值.为了2.

在构造函数的函数名参数后与{}中间的区域是成员变量初始化的地方.

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。(如上图)

(1) 初始化列表的作用:
我们未使用初始化列表之前,一直都是在函数体内赋值,那初始化列表有什么用呢?
试着看一下下面这段代码.
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对于下列成员变量,只能使用初始化列表进行初始化,因为这些成员变量只能在定义时就给出初始化的值:

const成员变量
引用成员变量
没有默认构造函数的自定义类型成员

正确写法:

class Date
{
public:
	Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
		, pa(day)			//在初始化列表对这些特殊的成员变量初始化
		, b(2)
		,t1(6,15,20)
	{
		_month = 2;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	int& pa;
	const int b;
	Time t1;
};

(2) 初始化列表的初始化顺序与成员变量的声明有关,与写在初始化列表的顺序无关.

示例;
并不会先个c赋值,而是按a,b,c的顺序进行初始化,此时a是使用未初始化的b进行初始化,b是使用未初始化的c来初始化,最后c使用66初始化.

故结果a和b都是随机值.
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1.2 关键字:explicit

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于以下三种构造函数，还具有类型转换的作用。

单个参数构造函数
示例:Test(int a )
除第一个参数无默认值其余均有默认值的构造函数.
示例:Test(int a, int b = 66, int c = 88)
全缺省的构造函数.
示例:Test(int a=20, int b = 66, int c = 88)

类型转换的情况展示:
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令t1=num,num将会被赋值给第一个参数.
使用 explicit后,编译器会报错.

在C++中，关键字explicit用来修饰类的构造函数，它的作用是防止隐式类型转换。当一个类的构造函数被声明为explicit时，编译器将不会自动执行隐式类型转换，而只能进行显式类型转换。这样会提高代码的可读性,隐式类型转换可读性不好.

显示类型转换:↓
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附上对应代码:

class Test
{
public:
	//1. 单参数构造
	//Test(int a )
	//{
	//	_a = a;
	//}
	
	//2. 除第一个参数无默认值其余均有默认值的构造函数
	//Test(int a, int b = 66, int c = 88)
	//	: _a(a)
	//	, _b(b)
	//	,_c(c)		
	//{

	//}
	
	//3. 全缺省构造
	//Test(int a = 20, int b = 66, int c = 88)
	//	: _a(a)
	//	, _b(b)
	//	, _c(c)
	//{

	//}
	explicit Test(int a=20, int b = 66, int c = 88)
		: _a(a)
		, _b(b)
		,_c(c)		
	{

	}
	void Print()
	{
		cout << _a << endl;
		cout << _b << endl;
		cout << _c << endl;
	}
private:
	int _a;
	int _b;
	int _c;
};

void test1()
{
	Test t1;
	t1.Print();
	cout << endl;
	int num = 99;
	t1 =(Test) num;
	t1.Print();
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

二、Static成员变量/函数

(1)定义

静态成员变量和静态成员函数是属于类而不是对象的成员。它们与类的实例对象无关，而是与整个类相关联。

静态成员变量（static member variable）是在类中使用关键字static声明的成员变量。它不属于类的任何特定实例对象，而是属于整个类。只会有一个静态成员变量的副本被共享给所有的类的实例对象。可以直接通过类名访问静态成员变量，也可以通过类的对象进行访问。

静态成员函数（static member function）是通过关键字static声明的类成员函数。与普通成员函数不同，静态成员函数不依赖于类的实例对象。它只能访问类的静态成员，不能访问非静态成员。静态成员函数可以直接通过类名进行调用，而不需要创建类的实例对象。

(2)静态成员函数为什么一定要在类外面初始化:

C++中的静态成员变量在程序运行时被分配内存，但是它们的定义是在编译时就已经完成的。在声明静态成员变量时，需要在类的定义中进行，但不能在函数内部进行。在类的定义中声明的静态成员变量不会占用内存空间，只有在类外定义时才会真正地分配内存。

因此，当在程序中第一次使用静态成员变量时，它们才会被真正地生成并分配内存。这通常是在程序的main函数执行之前发生的。如果程序中没有使用静态成员变量，它们可能永远不会被生成。

存储空间分配：静态成员变量需要在内存中分配存储空间，类的定义只是描述了该成员变量的类型和访问方式，只是图纸,并没有分配空间。所以在类外进行初始化方便为其分配存储空间。
只能初始化一次：静态成员变量属于整个类,不属于某个对象,静态成员变量在整个类的生命周期中只能被初始化一次。如果在类的定义中进行初始化，那么每个包含该类定义的文件都会进行初始化，这违背了静态成员变量只应初始化一次的原则。将初始化操作移到类外，可以确保只有一次初始化。
存储空间的链接性：将静态成员变量的初始化放在类外，可以保持存储空间的链接性。如果多个不同的源文件都包含了该类的定义并进行了初始化，链接器无法确定使用哪个初始化值，从而导致链接错误。将初始化放在类的实现文件中，可以避免链接错误。

总结:

静态成员变量和静态成员函数特点如下：

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.
静态成员变量必须在类外定义，类中只是声明,定义时指定类域,并且不需要static 关键字.
访问方式(前提是公有,如果是私有,需要在类中定义一个函数去返回):
(1)类名::静态成员
(2)对象.静态成员 (不推荐)
静态成员函数不属于某个对象,所以没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员.
静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制

静态成员变量和静态成员函数的主要用途包括：

对象计数器：可以使用静态成员变量来实现某个类的对象的计数功能。

class Test
{
public:
	Test()//构造函数
	{
		++_count;
	}
	Test(Test& t)//拷贝构造
	{
		++_count;
	}
	~Test()
	{
		--_count;
	}

	static int GetCount()
	{
		return _count;
	}
private:
	static int _count;
};
int Test::_count = 0;

void test1()
{
	cout << Test::GetCount() << endl;
	Test t1,t2;
	Test t3(t1);
	Test t4;
	cout << Test::GetCount() << endl;
}

共享数据：静态成员变量可以用于在类的所有实例对象之间共享某些数据。
工具函数：静态成员函数可以作为工具函数，独立于对象的操作，提供一些辅助功能。

静态成员变量和静态成员函数为类提供了与类相关的特性和功能，并且可以在不创建类的实例对象的情况下进行访问和使用。

静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

不可以,静态成员函数不能直接调用非静态成员函数。因为静态成员函数是属于类的，而非静态成员函数是属于对象的。静态成员函数没有指向具体对象的指针，因此不能访问对象的非静态成员函数和非静态成员变量。如果需要在静态成员函数中调用非静态成员函数，可以先创建一个对象，然后通过对象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吗？

可以,非静态成员函数可以调用类的静态成员函数。静态成员函数是与类相关联的函数，而不是与类的任何特定对象相关联的函数。因此，非静态成员函数可以使用类的静态成员函数，因为静态成员函数不依赖于特定对象的存在。

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三、友元

(1) 友元函数

当我们需要实现流运算符重载时,会出现一个比较尴尬的问题,那就是第一个参数被this指针占据,且无法改变,这就造成左操作数是对象,调用起来十分别扭.

示例:

class Date
{
public:
	Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		_month = 2;
	}
	//第一个参数被this指针占据了,所以ostream& _cout只能作为右操作数,则调用起来就很别扭.
	ostream& operator<<(ostream& _cout)
	{
		_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
		return _cout;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
void test1()
{
	Date d1;
	d1 << cout;//别扭的调用
}
int main()
{
	test1();
	return 0;
}

由于类的成员函数第一个参数被this指针占据,所以流运算符重载只能写成全局函数,但是全局函数无法访问类中的私有成员,为了能够在类的外面也可以访问类中的私有成员.
友元函数的出现,以朋友的身份,去家(类)里参观.

class Date
{
public:
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);//友元函数只是一个声明,不受public,private等访问限定符影响,是在类外面的定义的.
	Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
		_month = 2;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)//这是类外面的函数,没有this指针
{
	_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
	return _cout;
}

void test1()
{
	Date d1;
	cout<<d1<<endl;//顺眼的调用
}

这么说吧.友元函数是类的关系户,类外面别的函数都受类域的限制,不能访问类中的私有成员和保护成员,但是友元函数却可以,一个特殊的存在,由于这样操作破坏了类的封装性,我们建议少使用友元.

小结:

友元函数可访问类的私有(private)和保护(protect)成员，但友元函数不属于类,不是类的成员函数.
友元函数不能用const修饰
因为友元函数不属于类,所以不受public,private等访问限定符影响,只是一个声明,在类中的哪出现都可以.
友元函数的调用与普通函数的调用原理相同

(2)友元类

前面介绍了友元函数,那类也可以是类的友元.

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。
但是友元关系是单向的，不具有交换性。
示例:如果Date类是Time类的友元,即在Time类中声明,Date是他的朋友.
则可以在Date类中直接访问Time类的私有成员变量，但是在Time类中是无法访问Date类中的私有成员的.
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.就比如.
你朋友的朋友不一定是你的朋友.

class Time
{
public:
	friend class Date;//友元类只是一个声明,不受public,private等访问限定符影响,是在类外面的定义的.
	Time(int hour=6, int minute=30, int second=30)
	{
		_hour = hour;
		_minute = minute;
		_second = second;
	}
	void Test()
	{
		cout << d1._year;//报错,无法访问,因为Date类并没有声明Time是自己的友元类
	}
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
	Date d1;
};
class Date
{
public:
	Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
		//可以访问,因为Time类声明了Date是它的友元类
		cout << t1._hour << "-" << t1._minute << "-" << t1._second << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	Time t1;
};
void test1()
{
	Date d1;
	d1.Print();
}

四、内部类(天生友元)

如果一个类A它定义在另外一个类B的里面(内部),则类A是类B的内部类.

外部类对内部类没有任何特权,但是内部类却是外部类的天生友元.

class Date//外部类
{
public:
	Date(int year = 2023, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	static int a;
public:
	class Time//内部类
	{
	public:
		void Test(const Date& d1)
		{
			cout << d1._year << "-" << d1._month << "-" << d1._day << endl;//是外部类的天生友元,可以访问外部类的私有成员
			a = 5;//可以直接访问外部类的静态成员变量
		}
	};
};
int Date::a = 3;