static成员
引入
🗨️[题目] 实现一个类,计算程序中创建出了多少个类对象
先分析一下题目: 程序运行中, 有对象的创建, 也有对象的销毁 ⇒ 对应下来就是 构造,拷贝构造 和 析构
对象创建出来要初始化 — — 构造和拷贝构造, 对象到了生命周期就要销毁 — — 析构
那我们可以用一个 全局变量来记录一下就可以了. 下面我用的是 Count
int Count = 0; class A { public: A(int x) // 构造 { Count++; } A(const A& x) // 拷贝构造 { Count++; } ~A() // 析构 { Count--; } private: int _a; }; void func(A tem) { cout << __LINE__ << ':' << Count << endl; // 504:4 } int main() { A a1(1); A a2(2); cout << __LINE__ << ':' << Count << endl; // 511:2 A a3 = 4; cout << __LINE__ << ':' << Count << endl; // 514:3 func(a1); cout << __LINE__ << ':' << Count << endl; // 517:3 } ***** 511:2 514:3 504:4 517:3 *****
其实通过上面的例子 514: 3, 也证明了之前讲的 隐式类型转换⇒ 构造 + 拷贝构造 ⇒ 系统会将它优化成一个构造
但其实上面的写法有一个问题: 可以随意改变 👇👇👇
上面的错误写法就要求要 封装Count,
1.设置一个作用域, 使得我们的Count 不能轻易被改变.
2.还有就是 可以不用对象去访问. [你想啊, 我们这个Count是用来展示的, 如果每一次都用对象去访问, 那么就是展示一个Count就必须创建一个对象 且 缺少灵活性]
特点
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.
🗨️我们认为 静态成员变量 就是普通的成员变量, 并没有什么区别??
先看看初始化吧, 一般的成员变量初始化都是构造函数(初始化列表), 当我们给静态成员变量一个缺省值, 实则是想传给初始化列表的⇒ 以此来看看静态成员变量 跟 普通成员变量的初始化有何不同!!
class A { public: A(int x) // 构造 { _Count++; } A(const A& x) // 拷贝构造 { _Count++; } ~A() // 析构 { _Count--; } private: int _a = 0; static int _Count = 0; };
⇒ 可见, 静态成员变量不是在初始化列表中进行初始化的. 那么问题就接踵而至👇👇👇
先插一句:
根据前面所学知识, 我们知道了初始化列表是对象变量定义的地方
🗨️静态成员变量是怎么进行初始化的?? 静态成员变量是不属于对象的吗??
我们知道 static修饰的对象是存储在 [静态区] 的, 而不是存储在 [栈区]即 对象空间
⇒
普通的成员变量 — — 是属于对象的, 存储在对象里面
静态成员变量 — — 是属于整个类的, 即被类中的所有对象共享, 存储在静态区
⇒
所以, 静态成员变量是不能在类中进行初始化的, 必须在 全局进行初始化
由于是初始化, 是不受访问限定符 (public 和 private)限制的, 但是你要表明你这个变量来自哪里⇒ 即受类域的限制
⇒ 所以, 要用 :: 来进行访问
🗨️老陈, 你之前不是说用 类名 :: 成员变量 是错误的吗 ??
这个地方, 当做特殊情况处理.
其实这个地方, 你也可以这样想: 把_Count 想作是一个全局变量, 只不过它受作用域的限制, 不能随意进行修改罢了
所以通过前面的铺垫, 我们得出了静态成员变量的几个特点:
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
初始化问题解决了, 那我们考虑一下 访问问题
🗨️既然 初始化的时候不受 访问限定符的限制, 那么访问的时候, 我们也假设不受访问限定符的限制 !!
先看看下面的代码👇👇👇
class A { public: A() // 构造 { _Count++; } A(const A& x) // 拷贝构造 { _Count++; } ~A() // 析构 { _Count--; } private: int _a = 0; static int _Count; }; int A::_Count = 0; int main() { cout << A::_Count << endl; return 0; }
显然, 我们发现访问静态成员变量是受访问限定符的限制 .
那我们该如何在类的外面来访问静态成员变量
1.把private 变成 public
可以直接用 类名 :: 静态成员变量 来进行访问.
可以创建对象, 用 对象.静态成员变量 来进行访问.
class A { public: A() // 构造 { _Count++; } A(const A& x) // 拷贝构造 { _Count++; } ~A() // 析构 { _Count--; } public: int _a = 0; static int _Count; }; int A::_Count = 0; int main() { // 可以不创建对象, 直接用 类名 :: 静态成员变量 来进行访问 cout << A::_Count << endl; // 可以创建对象, 用 对象.静态成员变量 来进行访问 A a1; cout << a1._Count << endl; return 0; } ***** 0 1 *****
2.在类里面写一个公有函数
我们知道在类里面是不受访问限定符 和 类域的限制⇒ 那么我们就可以在 公共区段函数(public)中写一个能够得到静态成员变量的值 的函数. 不过有几个缺点:
1.只能使用对象去访问
2.只能获取到静态成员变量当时的一个值, 不能进行修改
class A { public: A() // 构造 { _Count++; } A(const A& x) // 拷贝构造 { _Count++; } ~A() // 析构 { _Count--; } int GetCount() { return _Count; } private: int _a = 0; static int _Count; }; int A::_Count = 0; int main() { A a1; cout << a1.GetCount() << endl; return 0; } ***** 1 *****
通过上面问题的铺垫, 我们可以看出静态成员变量的几个特点:
3.静态成员也是类的成员,受public、protected、private 访问限定符的限制
4.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
🗨️老陈, 前面那个引入的题目中, 尽量能不用对象就能访问 静态成员变量. 如果静态成员变量用 [private] 来限定, 那么当前就必须用对象来访问静态成员变量. 有没有一种办法是可以不用对象就可以访问, 就跟静态成员变量初始化那样 用 类名 :: 静态成员变量 就可以访问 ??
先介绍一下 静态成员函数的双胞胎弟弟 — — 静态成员函数
用static修饰的成员函数,称之为静态成员函数
先剧透一下, 这个静态成员函数就能完美地解决这个问题👇👇👇
class A { public: A() // 构造 { _Count++; } A(const A& x) // 拷贝构造 { _Count++; } ~A() // 析构 { _Count--; } static int GetCount() // 静态成员函数 { return _Count; } public: int _a = 0; static int _Count; }; int A::_Count = 0; int main() { cout << A::GetCount() << endl; return 0; } ***** 0 *****
🗨️静态成员函数能用类名 :: 静态成员函数的原理是什么??
先看一下普通成员函数的最大特点 — — this指针, 它有没有👇👇👇
这个时候, 我们就恍然大悟了 — — 由于静态成员函数没有this指针, 所以不需要对象来进行访问.
再加上 静态成员变量只要突破类域 和 访问限定符 的限制, 就能进行访问
由于静态成员变量是属于整个类的, 不是属于某一个对象的; 静态成员函数是没有this指针的⇒ 在类外面突破类域就只能用 类名 :: 这种方法了. [普通的成员变量突破类域直接创建一个对象就行, 普通的成员函数突破类域也必须依靠对象.]
⇒ 公共函数区段的静态成员函数的访问就可以用 类名 :: 静态成员函数
⇒ 当然, 没有this指针, 静态成员函数就不能访问非静态成员变量
5.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
总结一下静态成员变量/ 静态成员函数 的特点:
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
问题收尾
[问题]
1.静态成员函数可以调用非静态成员函数吗?
由于静态成员函数没有this指针, 而非静态成员函数又需要this指针⇒ 静态成员函数不能调用非静态成员函数.
2.非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗?
非静态成员函数有隐藏的this指针, 但是静态成员函数不需要this指针; 不过两者并不干扰⇒ 非静态成员函数可以调用静态成员函数.
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(依赖性增强了),破坏了封装,所以友元不宜多用
友元函数
通过前面的学习, 我们知道了 有一种情况:
我们的普通函数必须定义在类外面, 但是我们必须要使用类中的私有成员变量 — — 我们的 重载 << 和 重载 >> 就是这样的一个函数
这个时候就需要用 友元 来解决问题
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
class Date { // 这里只是声明一下 -- 这个函数是我的 '朋友', 可以使用我的 '东西' friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d); friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d); public: Date(int year = 2023, int month = 5, int day = 23) : _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; }
注意: 对于友元, 如果有代替方案, 就不要使用友元. 因为它是一个 特例, 破坏了封装
总结:
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
因为友元函数不是类的成员函数, 是没有this指针的. const修饰函数, 就是修饰this指针⇒ 故友元函数不能用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.
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; };
由于友元的知识很简单, 这里都是直接上代码看看就行了
[总结]:
1.搞懂谁是谁的友元 — — Date类 是 Time类的友元⇒ Date类里面可以访问Time类中的私有成员, 而Time类就不能访问Date类的私有成员
2.友元具有单向性, 不具有交换性 — — Time类 不是 Date类的友元
3.友元不具有传递性 — — 小明是小红的好朋友, 小鹏是小红的好朋友, 小明和小鹏不一定是好朋友
4.友元关系不能继承,在继承位置再给大家详细介绍
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.
首先, 先看一看内部类的基本形式👇👇👇
class A { private: static int _k; int _h; public: class B // B是A的内部类 { public: void foo(const A& a) { cout << _k << endl; cout << a._h << endl; } private: int _tem; int _b; }; };
🗨️如何证明内部类不包含在外部类, 是一个独立的类?
分下面的两种思路:
1.sizeof(外部类)
2.用外部类的对象去访问内部类的成员
⇒ 结合上面两种结果, 我们不难发现: 内部类是不在外部类中的, 只是定义在外部类中
🗨️如果我们想在 main函数里面创建一个 B对象, 那该怎么创建?
虽然, 我们的内部类是不属于外部类的, 但是定义在外部类里面
类 — — 一个作用域, 那么创建一个内部类对象就必须突破外部类的限制, 即要使用::
上面的 B类是定义在A类的 public区段, 就可以不受访问限定符的限制
⇒ 所以, 在 main函数里面创建一个内部类对象: 外部类::内部类 对象
A :: B b;
🗨️友元是声明, 所以声明的位置没有限制. 内部类是一种定义, 那么它的定义位置有没有限制呢?
内部类的位置也是没有限制的, 但是对外面创建对象是有影响的⇒ 从这个就可以看出, 是受访问限定符限制的
插一句话:
访问限定符限定的是成员的访问方式, 而成员包括成员变量 和 成员函数
而只有在类中定义的东西才会受访问限定符的限制. 比如成员变量, 成员函数, 内部类
内部类是外部类的天生友元. 内部类可以访问外部类的私有成员, 而外部类却不能访问内部类的成员(内部类的访问权限高于外部类). 对于外部类不能访问内部类的成员⇒ 建议把成员变量写在外部类中, 这样大家都可以用
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
[总结]:
内部类是一个独立类, 不属于外部类⇒ 加了一层作用域
内部类是外部类的一个天生友元
内部类受访问限定符 和 类域的限制
内部类可以定义在外部类的public、protected、private
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
It is not enough to be industrious, so are the ants. What are you industrious about?
光勤劳是不够的,蚂蚁也是勤劳的。要看你为什么而勤劳。