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社区首页 >专栏 >C++进阶之路:再谈构造函数、static成员、友元(类与对象_下篇)

C++进阶之路:再谈构造函数、static成员、友元(类与对象_下篇)

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Srlua
发布2024-10-23 08:14:20
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发布2024-10-23 08:14:20
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文章被收录于专栏:CSDN社区搬运

再谈构造函数

构造函数体赋值

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

代码语言:javascript
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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

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。

代码语言:javascript
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class Date
{
public
 Date(int year, int month, int day)
 : _year(year)
 , _month(month)
 , _day(day)
 {}
 
private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};

【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)
代码语言:javascript
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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 
};

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。

代码语言:javascript
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class Time
{
public:
 Time(int hour = 0)
 :_hour(hour)
 {
 cout << "Time()" << endl;
 }
private:
 int _hour;
};
class Date
{
public:
 Date(int day)
 {}
private:
 int _day;
 Time _t;
};
int main()
{
 Date d(1);
}

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

代码语言:javascript
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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();
}
A. 输出1 1
B.程序崩溃
C.编译不通过
D.输出1 随机值

explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象,对于接收单个参数的构造函数,还具有类型转换的作用。接收单个参

数的构造函数具体表现:

  1. 构造函数只有一个参数
  2. 构造函数有多个参数,除第一个参数没有默认值外,其余参数都有默认值
  3. 全缺省构造函数
代码语言:javascript
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class Date
{
public:
 // 1. 单参构造函数,没有使用explicit修饰,具有类型转换作用
 // explicit修饰构造函数,禁止类型转换---explicit去掉之后,代码可以通过编译
 explicit Date(int year)
 :_year(year)
 {}
 /*
 // 2. 虽然有多个参数,但是创建对象时后两个参数可以不传递,没有使用explicit修饰,具有类型转
换作用
 // explicit修饰构造函数,禁止类型转换
 explicit Date(int year, int month = 1, int day = 1)
 : _year(year)
 , _month(month)
 , _day(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;
};
void Test()
{
 Date d1(2022);
 // 用一个整形变量给日期类型对象赋值
 // 实际编译器背后会用2023构造一个无名对象,最后用无名对象给d1对象进行赋值
 d1 = 2023;
 // 将1屏蔽掉,2放开时则编译失败,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
}

上述代码可读性不是很好,用explicit修饰构造函数,将会禁止构造函数的隐式转换

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

面试题:实现一个类,计算程序中创建出了多少个类对象。

代码语言:javascript
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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】

  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?
1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗?

不可以。

静态成员函数属于类本身,而非静态成员函数属于类的特定实例。静态成员函数在没有实例化对象的情况下就可以被调用,它没有 this 指针,因此无法访问非静态成员函数或非静态成员变量。只有通过类的对象实例才能访问非静态成员函数。

代码语言:javascript
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class MyClass {
public:
    void nonStaticFunction() {
        // 非静态成员函数
        std::cout << "Non-static function called." << std::endl;
    }

    static void staticFunction() {
        // 尝试调用非静态成员函数
        // nonStaticFunction();  // 这一行会导致编译错误
    }
};

int main() {
    MyClass obj;
    obj.nonStaticFunction(); // 这可以调用
    MyClass::staticFunction(); // 这可以调用静态函数
    return 0;
}

在上面的示例中,staticFunction 试图调用 nonStaticFunction 会导致编译错误,因为静态成员函数没有 this 指针无法访问非静态成员函数

2. 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直接调用类的静态成员函数,因为非静态成员函数属于类的一个实例,可以访问类的静态成员。静态成员函数可以被任何实例或类本身调用。

示例:

代码语言:javascript
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class MyClass {
public:
    static void staticFunction() {
        std::cout << "Static function called." << std::endl;
    }

    void nonStaticFunction() {
        // 调用静态成员函数
        staticFunction(); // 这是有效的
    }
};

int main() {
    MyClass obj;
    obj.nonStaticFunction(); // 这将调用静态函数
    return 0;
}

在这个示例中,nonStaticFunction 可以成功调用 staticFunction,因为它是一个非静态成员函数,并且可以访问静态成员函数

总结
  • 静态成员函数不能调用非静态成员函数。
  • 非静态成员函数可以调用静态成员函数。

这种行为在C++类的设计中体现了静态和非静态成员之间的区别,确保了类和对象的封装性。

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:友元函数友元类

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。

代码语言:javascript
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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;
};

友元函数可以直接访问类的私有成员,它是定义在类外部普通函数,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。

代码语言:javascript
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class Date
{
 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;
};
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:

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

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。

  • 友元关系不能继承,在继承位置再给大家详细介绍。
代码语言:javascript
复制
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;
};

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。
代码语言:javascript
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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;
}

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

希望对你有帮助!加油!

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原始发表:2024-10-22,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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  • 再谈构造函数
    • 构造函数体赋值
      • 初始化列表
        • explicit关键字
        • static成员
          • 概念
            • 特性
              • 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?
              • 总结
          • 友元
            • 友元函数
              • 友元类
                • 内部类
                • 再次理解类和对象
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