【C++初阶:类和对象(下篇)】初始化列表 | static成员 | 友元 下

简介: 【C++初阶:类和对象(下篇)】初始化列表 | static成员 | 友元

三、C++11的成员初始化新玩法

class A
{
public:
  A(int a = 0)
    : _a(0)
  {}
private:
  int _a;
};
class B
{
private:
  //缺省值 
  int _b = 0;
  int* p = (int*)malloc(sizeof(int)*10);
  A _aa = A(10);//先构造再拷贝构造,优化为构造
  A _aa = 10;//同上,建议
  //static int _n = 10;//err,静态变量不能给缺省值
};
int main()
{
  B bb; 
  return 0;
}

📝说明

C++11 支持非静态成员变量在声明时进行初始化赋值,但是要注意这里不是初始化,这里是给声明的成员变量缺省值 —— 如果在构造函数中显示给值就会不用缺省值,如果没有显示给,就会用缺省值。这里在上篇文章我们就提到过,这里就写一些上篇文章所没提到过的。

四、友元

友元分为:友元函数和友元类

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。

💦 友元函数

❓ 重载<< ❔

class Date
{
  friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);//友元,位置可任意,一般是开头
  friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);//友元
public:
  Date(int year = 0, int month = 0, int day = 1)
    : _year(year)
    , _month(month)
    , _day(day)
  {}
  /*void operator<<(ostream& out)
  {
    out << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
  }*/
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)//支持连续输出
{
  out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day << endl;
  return out;
}
istream& operator>>(istream& in, Date& d)//支持连续输入
{
  in >> d._year >> d._month >> d._day;
  return in;
}
int main()
{
  Date d1, d2;
  cin >> d1 >> d2;
  //cout << d1 ? d1 << cout
  //cout << d1;
  /*d1.operator<<(cout);
  d1 << cout;*/
  cout << d1 << d2;
  return 0;
}

📝说明

cin | cout 怎么接收 ❓

在 C++ 里 cout 是一个 ostream 的对象;cin 是一个 istream 的对象。

cout << d1 | d1 << cout(d1.operator<<(cout)) ❓

为啥不能 cout << d1 呢 ?

之前说过运算符有几个操作数,重载函数就有几个参数。如果有两个操作数,左操作数是第一个参数,右操作数是第二个参数。

在 Date 类成员函数 operator<< 里对象是第一个参数,因为隐含的 this 指针已经默认占据了,那么 cout 就只能作第二个操作数了。可以倒也可以,但是用起来不符合流运算符原来的特性。

怎么 cout << d1 呢 ?

也就是把 cout 作为第一个参数,那么这里就不能用成员函数了,之前我们用成员函数是因为成员变量是私有的。

如何取舍:使用成员函数 | 使用全局函数。这里成员函数的可读性差影响较大,所以将之舍弃,使用全局函数。

支持 cout << d1 后怎么解决私有 ?

解决方案1:提供公有的成员函数 GetYear、GetMonth、GetDay

解决方案2:友元函数

这里我们就引出了友元,C++ 默认是不能在类外访问私有的,但是它提供了友元以帮助我们解决这种场景的问题。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。

cout << d1 << d2; ❓

注意与连续赋值大相径同,只是方向相反。

💨小结

1、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。

2、友元函数不能用 const 修饰,因为 const 修饰的是 this 指针指向的对象。

3、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。

4、一个函数可以是多个类的友元函数。

5、友元函数的调用与普通函数的调用和原理相同。

注意以上部分概念需要与后面的知识结合 ,不懂的可先忽略。

🍳拓展

这里主要拓展代码错误的解决能力,先来看一段代码。

class A
{
  friend void f(const A& aa, const B& bb);
public:
  A(int a = 0)
    : _a(0)
  {}
private:
  int _a;
};
class B
{
  friend void f(const A& aa, const B& bb);
private:
  int _b = 0;
  A _aa;
};
void f(const A& aa, const B& bb)
{
  cout << aa._a << endl;  
  cout << bb._b << endl;
}
int main()
{
  A aa;
  B bb;
  f(aa, bb);
  return 0;
}

📝分析

相信到了这里绝大部分的人都能凭借着自己的经验去解决大部分的 bug了。但是对于上面代码出现的错误又百思不得其解。

注意面对这种情况的时候,有时候编译器报的错误是不准确的,这里有两条建议能帮助提升查找 bug 的能力。

1、有很多错误的时候,一定是看最上面的错误,因为下面的错误有可能是上面的错误间接导致的。

2、排除法,这里有一百行代码(程序崩了),你注释掉了部分代码程序正常了,那么不用怀疑,错误就是注释处代码引发的。

经过分析,我们发现错误处是:在 B 类的友元里能找到 A、B;但是在 A 类的友元里就找不到 B 了。所以解决方法就是加前置声明 —— class B;

💦 友元类

class Date; //前置声明
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, int minute, int second)
  : _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;
};

📝分析

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。

1、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。

2、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。

五、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。注意此时这个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调用内部类。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。注意友元类的定义,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。但是外部不是内部的友元。

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、枚举成员、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。

class A
{
private:
  static int k;
  int h;
public:
  class B//B类天生就是A的友元
  {
  public:
    void foo(const A& a)
    {
      cout << k << endl;//ok
      cout << a.h << endl;//ok  
    }
  private:
    int _b;
  };
};
int A::k = 0;
int main()
{
  cout << sizeof(A) << endl;//4
  A::B b;//要用B去定义,必须得指定域
  b.foo(A());
  return 0;
}

📝说明

sizeof 在计算 A 类型对象大小的时候,不考虑 B 类。因为 B 作为 A 的内部类,跟普通类没有什么区别,只是定义在 A 的内部,它受到 A 的类域的限制和访问限定符的限制。

一般情况是一个类专门为另一个类服务是才会用到内部类,实际上 C++ 里对于内部类的使用并不多,没有 JAVA 中的频繁。(对于内部类借助下面的例题演示)

💦 概念及特性

六、练习题

1、求1+2+3+…+n<难度系数⭐>

📝 题述: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(A?B:C)。

数据范围: 0 < n ≤ 200

进阶: 空间复杂度 O(1) ,时间复杂度 O(n)

💨 示例1:

输入:5

返回值:15

💨 示例2:

输入:1

返回值:1

🧷 平台:Visual studio 2017 && windows

🔑 核心思想:借助了构造函数和 static 关键字

nowcoder原题

class Sum
{
public:
    Sum()
    {
        _ret += _i;
        _i++; 
    }
    static int GetRet()//在保证封装的情况下访问_ret
    {
        return _ret;
    }
private:
    static int _i;
    static int _ret;
};
//定义
int Sum::_i = 1;
int Sum::_ret = 0;
class Solution 
{
public:
    int Sum_Solution(int n) 
    {
        Sum a[n];//调用n次构造
        return Sum::GetRet();
    }
};

📝说明

Sum a[n] 就可以调用 n 次构造。但要注意变长数组是 C99 支持的语法,这里能支持是因为 OJ,后面非 C99 要使用可以 Sum* p = new A[n];

改造成内部类如下:

#include<iostream>
using namespace std;
class Solution 
{
private:
  //内部类,为Solution解决1+...+n的问题,更好的体现了封装。
  class Sum
  {
  public:
      Sum()
      {
          _ret += _i;
          _i++; 
      }
  };
public:
    int Sum_Solution(int n) 
    {
        Sum a[n];//调用n次构造
        return _ret;
    }
private:
  static int _i;
  static int _ret;
};
int Solution::_i = 1;
int Solution::_ret = 0;

2、计算日期到天数转换<难度系数⭐>

📝 题述:根据输入的日期,计算是这一年的第几天。保证年份为 4 位数且日期合法。

进阶:时间复杂度:O(n)\O(n) ,空间复杂度:O(1)\O(1)

输入描述:输入一行,每行空格分割,分别是年,月,日

输出描述:输出是这一年的第几天

💨 示例1:

输入:2012 12 31

返回值:366

💨 示例2:

输入:1982 3 4

返回值:63

🧷 平台:Visual studio 2017 && windows

🔑 核心思想:之前我们是把一年中每月的天数存储起来,这里我们存储的是包括当前月份之前的天数。对应的月份 + 天数就是当前默认的天数,再判断闰年。

nowcoder原题

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
  //static int monthDays[13] = {0, 31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31,30,31};
    //改造:
    static int monthDays[13] = {0, 31, 59, 90, 120, 151, 181, 212, 243, 273, 304, 334, 365};
    //2021 10 18
    int year, month, day;
    cin >> year >> month >> day;
    int n = monthDays[month-1] + day;
    //判断2月,注意这里不是等于而是大于
    if(month > 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0))
    {
        n++;    
    }
    cout << n << endl;
    return 0;
}

📝说明

像 JAVA 语言不允许这样搞,必须得搞个类。

3、日期差值<难度系数⭐>

📝 题述:有两个日期,求两个日期之间的天数,如果两个日期是连续的我们规定他们之间的天数为两天。

输入描述:有多组数据,每组数据有两行,分别表示两个日期,形式为 YYYYMMDD

输出描述:每组数据输出一行,即日期差值

💨 示例1:

输入:

20110412

20110422

输出:11

🧷 平台:Visual studio 2017 && windows

🔑 核心思想:

日期 - 日期 ❓

常规思路是日减、月减、年减,补它们中间的位,但是实际上实现较难。

思路一:把某月某日映射到 365 天

思路二 (最优):先比较两日期的大小,然后让小的++,当小的等于大的时,那么加了多少次就是它们相差的天数

nowcoder原题

//本豌豆懒的写了

4、打印日期<难度系数⭐>

nowcoder原题

5、累加天数<难度系数⭐>

nowcoder原题

七、再次理解封装

C++ 是基于面向对象的程序,面向对象有三大特性即:封装、继承、多态。

C++ 通过类,将一个对象的属性与行为结合在一起,使其更符合人们对于一件事物的认知,将属于该对象的所有东西打包在一起;通过访问限定符选择性的将其部分功能开放出来与其他对象进行交互,而对于对象内部的一些实现细节,外部用户不需要知道,知道了有些情况下也没用,反而增加了使用或者维护的难度,让整个事情复杂化。

下面举个例子来让大家更好的理解封装性带来的好处,比如:乘火车出行

本质上封装是为了更好的管理:

售票系统,负责售票 —— 用户凭票进入,对号入座

工作人员,售票、咨询、安检、保全、卫生等

火车,带用户到目的地

火车站中所有工作人员配合起来,才能让大家坐车有条不紊的进行,而不需要知道火车的构造,票务系统是如何操作的,只要能正常方便的应用即可。

对比下隔壁阿三家没有封装的火车站,封装的好处就体现的淋漓尽致了。

八、再次理解面向对象

面向对象其实就是在模拟抽象映射现实世界。当然讲到这不是说面向对象已经学透彻了,这里仅仅是入门。


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