当前位置：首页 > article >正文

【C++语言】类和对象（下）

article 2025/2/11 15:11:47

一、再谈构造函数

1.1 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。

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，但是不能将其称之为对对象中成员变量的初始化，构造函数体中的语句只能称之为将其赋初值，而不能称为初始化。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。

1.2 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，每一个“成员变量”后面跟着一个放在括号中的初始值或者表达式。

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：

每一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）
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）
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，对于自定义成员变量，一定会先试用初始化列表初始化。
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。

1.3 explicit 关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于接受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：

构造函数只有一个参数
构造函数有多个参数，除第一个参数没有默认值，其余参数都有默认值
全缺省构造函数

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。

二、static 成员

2.1 概念

声明为 static 的类成员成为类的静态成员，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。

2.2 特性

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，定义时不添加static关键字，类中只是声明
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
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
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？

不可以。

静态成员函数属于类，而非静态成员函数属于类的实例。静态成员函数在没有实例对象的情况下可以被调用，它不能访问实例的成员（包括非静态成员函数），因为静态成员函数没有 this 指针，也就无法访问实例的数据。

非静态成员函数需要依赖具体的对象实例，而静态成员函数是独立于任何对象的。因此，静态成员函数无法直接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？

可以。

非静态成员函数属于类的实例，可以通过 this 指针访问实例的成员，同时也可以访问类的静态成员。静态成员函数是属于类的，而不是某个特定的实例，所以非静态成员函数是可以访问和调用静态成员函数的。

三、友元

友元提供了一个突破封装的方式，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：友元函数和友元类。

3.1 友元函数

现在尝试去重载 operator<< ，然后发现没有方法将 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，但是有会导致类外没有办法访问成员，此时就需要友元来进行解决。

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，他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，声明时需要加上 friend 关键字。

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;
}

注意：

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
友元函数不能使用const修饰
友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受访问限定符限制
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

3.2 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

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，他不属于外部类，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：

内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。
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。
sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。

五、再次理解封装

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：

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
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
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。
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。