【C++】类与对象 III 【 深入浅出理解 类与对象 】

简介: 【C++】类与对象 III 【 深入浅出理解 类与对象 】

前言 :新关键字explicit 的引入

临时变量具有常属性( 不可修改,要加const )。

内置类型 整形和浮点形(意义非常相近,表示数字大小) 隐式互相转换

int和指针 只能显式转【强制类型转换】

内置类型 —隐式转换—> 自定义类型 :【 类型转换都是通过 临时变量 做中间值,由 构造函数来支持 】

能支持这个转换,就看 类里面有没有 相对应类型 的单参数/ 支持传一个参数/多参数带缺省(也可以)的半缺省( 这些都看实际具体的情况是否有同对应类型的参数条件 )构造函数支持转换。

若不想让隐式类型转换发生,C++引入入新关键字explicit。



一、explicit关键字

不想让隐式类型转换发生,构造函数加explicit【 但若要显式转换(强制类型)也防不住的 】

【 虽然大部分在传值时都有隐式类型转换,可以大大方便我们很多,但有些地方并不想让其自动调用隐式类型转换(如后面会学到的 智能指针) 】


  • 多参数:
  • d2 , 逗号表达式:有返回值的,且返回值取的是最后那一个 。



  • d3 多参数带缺省
  • d4 { }隐式类型转换 【支持多参数】
    【(调试)走了构造函数中间也生成了临时变量 。】



C++98不支持,C++11支持


构造函数 不仅可以 构造与初始化对象,对于单个参数或者除第一个参数无默认值,其余均有默认值的构造函数,还具有 类型转换 的作用。

  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
  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
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
}



二、static成员

(一)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。

class A
{
public:
A() { ++_scount; }
A(const A& t) { ++_scount; }
~A() { --_scount; }
static int GetACount() { return _scount; }
private:
//声明
static int _scount;
};
【 声明和定义必须分离 】
//定义 _ 在类外面定义,可以认为它是一个全局变量,只不过是放到类里面去了,归类私有
int A::_scount = 0;    //初始化在main函数之前 
void TestA()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
A a3(a1);
cout << A::GetACount() << endl;
}

★【 声明和定义必须分离 】
定义 —— 在类外面定义,可以认为它是一个全局变量,只不过是放到类里面去了,归类私有



(二)特性

  1. 静态成员为【 属于整个类 】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

    aa.count => 去类里面找count
  1. 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
  2. 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
  3. 静态成员函数没有隐藏的this指针没有对象调用( 直接去类里去找【指定类域就行了】,所以不需要this指针 )】,不能访问任何非静态成员
  4. 静态成员 也是类的成员,受 public、protected、private 访问限定符的限制
    提供 Get(),只读不写【 能读 但修改不了 】



要是没有创建对象 A aa,还怎么调用类里面的Get()?

  1. 为了调用创建一个 有名对象 类 对象名,再通过这个对象,进入到类中访问GetCount()
A aa;
  aa.GetCount () -1 ;

三、匿名对象

  1. 匿名对象 类(),匿名对象,生命周期只在这一行 。
A aa 有名对象 ;A() 匿名对象 。

【有名对象要写两行,A() 匿名对象一行就可以,且生命周期就在这一行 】


  • 总结:
    静态成员变量和静态成员函数,本质就是受限制的全局变量和全局函数。
    专属这个类,受类域和访问限定符的限制【封装】


size=4( 只算入了int _a=0; 的大小,而没有算入 static int count 的大小 )

static修饰的(还是全局的,本质就只是专属于类域里面了) 不存在对象里 ,所以是4个字节 】

和静态一样

static 就是一个全局类



编译器在编译时,检查语法

  1. 只会向上找【提高编译的速度】
  2. 只会在全局去找

普通成员函数:1. 要在类里面找到其出处 2. 隐藏的this指针



【问题】

**1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗?

  1. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗?**



四、友元

前言:友元的引入

友元提供了一种 突破封装 的方式,有时提供了便利。【 虽然封装很好用,但有些地方就需要突破一下封装 】但是友元会增加耦合度,破坏了封装,所以友元不宜多用。

(一)友元的概念

友元是一种 在类外面 去突破封装 访问私有保护

友元分为:友元函数 和 友元类



(二)友元函数

前言:友元函数引入

友元函数:全局函数想访问私有的变量 【只能解决全局函数的问题,无法解决全局变量想访问私有的变量的问题 => 还是得用static】

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私有成员,此时就需要友元来解决。operator>>同理。

class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
     : _year(year)
     , _month(month)
     , _day(day)
 {}
★ // 在类中,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
★ // 实际 d1.operator<<(&d1, cout) -> d1 << cout;【控制台反了, 不符合可读性】
//在类中以成员函数来实现
ostream& operator<<(ostream& _cout)
 {
     _cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
     return _cout;
 }
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};

(1)友元函数的语法

  1. 友元函数 可以 直接访问 类的私有成员
  2. 它是 定义在类外部普通函数不属于任何类
  3. 但 需要在类的内部声明,声明时需要加friend关键字。


重点说明:

  • 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
    【 友元函数在类里面定义(可访问类的私有和保护成员),但它不是成员函数【成员函数一个特征 有隐藏的this指针 】 】
  • 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
class Date
{
 //需要在类的内部声明
 //声明时需要加friend关键字。
 //可以在类定义的任何地方声明,不受类访问限定符限制
 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;
};
//定义在类外部 
//的普通函数,不属于任何类 
//放类外不是类成员函数,就没有隐藏的this指针了,就不用第一个参数放d了
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;
}



(三)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C是B的友元, B是A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。
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;
};



(四)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:内部类天生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。


【内部域与外部域 的对比】



五、拷贝对象时的一些编译器优化

在传参和传返回值的过程中,一般编译器会做一些优化,减少对象的拷贝,这个在一些场景下还是非常有用的。


  • 情况一:拷贝构造 + 拷贝构造 ——> 拷贝构造

本来是有两次拷贝构造的,
编译器优化成只调用一次拷贝构造


  • 情况二
    A(2)匿名函数 直接构造 + 拷贝构造 ——> 构造


  • 情况三 拷贝构造+拷贝构造 —> 直接优化成一次拷贝构造
    连续的拷贝构造,会被编译器直接优化成一次拷贝构造


  • 连续的表达式中, 拷贝构造和赋值构造,编译器不会进行优化



练习题

  1. .求1+2+3+…+n,要求不能使用乘除法、for、while、if、else、switch、case等关键字及条件判断语句 OJ链接

题目分析:

不能使用乘除法( no 等差数列公式 )、for、while( no 循环 )、if、else、switch、case等关键字及条件判断语句(A?B:C)。no 位运算。no 递归。

思路步骤:

(1) (OJ题里能)开辟变长数组,每开辟一块 arr [ i ] 调用一次类构造函数进行初始化 [ _ret += _i ; ++ _i ; ] 要累积,所以要 static 修饰变量,【类里声明,类外定义(虽是类外,但也是通过域限定符访问其中)】。

(2)由于private权限,并不能直接访问 _ret 要通过 GetRet()

(3)

对象 . 取成员

::(类域)

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