类和对象(下）

我不是呆头

发布于 2025-12-20 10:20:08

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文章被收录于专栏：C++C++

一、再探构造函数

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:
	// 构造函数
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

需要注意的是： 虽然通过调用上述的构造函数后，对象中的每个成员变量都有了一个初始值，但是构造函数中的语句只能将其称作为赋初值，而不能称作为初始化。因为初始化只能初始化一次，而构造函数体内可以进行多次赋值。

class Date
{
public:
	// 构造函数
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;// 第一次赋值
		_year = 2022;// 第二次赋值
		//...
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

2、初始化列表

之前我们实现构造函数时，初始化成员变量主要使⽤函数体内赋值，构造函数初始化还有⼀种方式就是初始化列表，初始化列表的使⽤⽅式是以⼀个冒号开始，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。

class Date
{
public:
	// 构造函数
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

注意事项：

每个成员变量在初始化列表中只能出现⼀次，语法理解上初始化列表可以认为是每个成员变量定义初始化的地⽅。
引用成员变量，const成员变量，没有默认构造的类类型变量，必须放在初始化列表位置进行初始化，否则会编译报错。

引用成员变量引用类型的变量在定义时就必须给其一个初始值，所以引用成员变量必须使用初始化列表对其进行初始化。

	int a = 10;
	int& b = a;// 创建时就初始化

const成员变量被const修饰的变量也必须在定义时就给其一个初始值，也必须使用初始化列表进行初始化。

	const int a = 10;//correct 创建时就初始化
	const int b;//error 创建时未初始化

自定义类型成员（该类没有默认构造函数）若一个类没有默认构造函数，那么我们在实例化该类对象时就需要传参对其进行初始化，所以实例化没有默认构造函数的类对象时必须使用初始化列表对其进行初始化。在这里再声明一下，默认构造函数是指不用传参就可以调用的构造函数：

我们不写，编译器自动生成的构造函数。
无参的构造函数。
全缺省的构造函数。

class A //该类没有默认构造函数 
{
public:
	A(int val) //注：这个不叫默认构造函数（需要传参调用）
	{
		_val = val;
	}
private:
	int _val;
};

class B
{
public:
	B()
		:_a(2021) //必须使用初始化列表对其进行初始化
	{}
private:
	A _a; //自定义类型成员（该类没有默认构造函数）
};

注意：

尽量使用初始化列表初始化，因为那些你不在初始化列表初始化的成员也会⾛初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会⽤这个缺省值初始化。如果你没有给缺省值，对于没有显⽰在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器，C++并没有规定。对于没有显⽰在初始化列表初始化的⾃定义类型成员会调⽤这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误。

对于内置类型，使用初始化列表和在构造函数体内进行初始化实际上是没有差别的，其差别就类似于如下代码：

// 使用初始化列表
int a = 10
// 在构造函数体内初始化（不使用初始化列表）
int a;
a = 10;

对于自定义类型，使用初始化列表可以提高代码的效率

class Time
{
public:
	Time(int hour = 0)
	{
		_hour = hour;
	}
private:
	int _hour;
};
class Test
{
public:
	// 使用初始化列表
	Test(int hour)
		:_t(12)// 调用一次Time类的构造函数
	{}
private:
	Time _t;
};

对于以上代码，当我们要实例化一个Test类的对象时，我们使用了初始化列表，在实例化过程中只调用了一次Time类的构造函数。我们若是想在不使用初始化列表的情况下，达到我们想要的效果，就不得不这样写了：

class Time
{
public:
	Time(int hour = 0)
	{
		_hour = hour;
	}
private:
	int _hour;
};
class Test
{
public:
	// 在构造函数体内初始化（不使用初始化列表）
	Test(int hour)
	{ //初始化列表调用一次Time类的构造函数（不使用初始化列表但也会走这个过程）
		Time t(hour);// 调用一次Time类的构造函数
		_t = t;// 调用一次Time类的赋值运算符重载函数
	}
private:
	Time _t;
};

这时，当我们要实例化一个Test类的对象时，在实例化过程中会先在初始化列表时调用一次Time类的构造函数，然后在实例化t对象时调用一次Time类的构造函数，最后还需要调用了一次Time类的赋值运算符重载函数，效率就降下来了。

初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进行初始化，跟成员在初始化列表出现的的先后顺序无关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持⼀致
初始化逻辑如下

3、explicit关键字

C++⽀持内置类型隐式类型转换为类类型对象，需要有相关内置类型为参数的构造函数。
构造函数前⾯加explicit就不再⽀持隐式类型转换。
类类型的对象之间也可以隐式转换，需要相应的构造函数⽀持。

构造函数不仅可以构造和初始化对象，对于单个参数的构造函数，还支持隐式类型转换。

#include <iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	Date(int year = 0) //单个参数的构造函数
		:_year(year)
	{}
	void Print()
	{
		cout << _year << endl;
	}
private:
	int _year;
};
int main()
{
	Date d1 = 2021; //支持该操作
	d1.Print();
	return 0;
}

在语法上，代码中Date d1 = 2021等价于以下两句代码：

Date tmp(2021); //先构造
Date d1(tmp); //再拷贝构造

所以在早期的编译器中，当编译器遇到Date d1 = 2021这句代码时，会先构造一个临时对象，再用临时对象拷贝构造d1；但是现在的编译器已经做了优化，当遇到Date d1 = 2021这句代码时，会按照Date d1(2021)这句代码处理，这就叫做隐式类型转换。

实际上，我们早就接触了隐式类型转换，只是我们不知道而已，以下代码也叫隐式类型转换：

int a = 10;
double b = a; //隐式类型转换

在这个过程中，编译器会先构建一个double类型的临时变量接收a的值，然后再将该临时变量的值赋值给b。这就是为什么函数可以返回局部变量的值，因为当函数被销毁后，虽然作为返回值的变量也被销毁了，但是隐式类型转换过程中所产生的临时变量并没有被销毁，所以该值仍然存在。

但是，对于单参数的自定义类型来说，Date d1 = 2021这种代码的可读性不是很好，我们若是想禁止单参数构造函数的隐式转换，可以用关键字explicit来修饰构造函数。

二、static成员

1、static概念

⽤static修饰的成员变量，称之为静态成员变量，静态成员变量⼀定要在类外进⾏初始化。

2、static特性

静态成员变量为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，不存在对象中，存放在静态区。

#include <iostream>
using namespace std;
class Test
{
private:
	static int _n;
};
int main()
{
	cout << sizeof(Test) << endl;
	return 0;
}

结果计算Test类的大小为1，因为静态成员_n是存储在静态区的，属于整个类，也属于类的所有对象。所以计算类的大小或是类对象的大小时，静态成员并不计入其总大小之和。

静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字。

class Test
{
private:
	static int _n;
};
// 静态成员变量的定义初始化
int Test::_n = 0;

注意： 这里静态成员变量_n虽然是私有，但是我们在类外突破类域直接对其进行了访问。这是一个特例，不受访问限定符的限制，否则就没办法对静态成员变量进行定义和初始化了。

⽤static修饰的成员函数，称之为静态成员函数，静态成员函数没有this指针。

class Test
{
public:
	static void Fun()
	{
		cout << _a << endl; //error不能访问非静态成员
		cout << _n << endl; //correct
	}
private:
	int _a; //非静态成员
	static int _n; //静态成员
};

小贴士：含有静态成员变量的类，一般含有一个静态成员函数，用于访问静态成员变量。

静态成员函数中可以访问其他的静态成员，但是不能访问⾮静态的，因为没有this指针。

非静态的成员函数，可以访问任意的静态成员变量和静态成员函数。

突破类域就可以访问静态成员，可以通过类名::静态成员或者对象.静态成员来访问静态成员变量和静态成员函数。

当静态成员变量为公有时，有以下几种访问方式:

#include <iostream>
using namespace std;
class Test
{
public:
	static int _n; //公有
};
// 静态成员变量的定义初始化
int Test::_n = 0;
int main()
{
	Test test;
	cout << test._n << endl; //1.通过类对象突破类域进行访问
	cout << Test()._n << endl; //3.通过匿名对象突破类域进行访问
	cout << Test::_n << endl; //2.通过类名突破类域进行访问
	return 0;
}

当静态成员变量为私有时，有以下几种访问方式：

#include <iostream>
using namespace std;
class Test
{
public:
	static int GetN()
	{
		return _n;
	}
private:
	static int _n;
};
// 静态成员变量的定义初始化
int Test::_n = 0;
int main()
{
	Test test;
	cout << test.GetN() << endl; //1.通过对象调用成员函数进行访问
	cout << Test().GetN() << endl; //2.通过匿名对象调用成员函数进行访问
	cout << Test::GetN() << endl; //3.通过类名调用静态成员函数进行访问
	return 0;
}

静态成员也是类的成员，受public、protected、private访问限定符的限制。

所以当静态成员变量设置为private时，尽管我们突破了类域，也不能对其进行访问。

静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是个构造函数初始化列表的，静态成员变量不属于某个对象，不⾛构造函数初始化列表。

三、C++11中成员初始化新玩法

C++11⽀持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显⽰在初始化列表初始化的成员使⽤的。

class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _a << endl;
		cout << _p << endl;
	}
private:
	// 非静态成员变量，可以在成员声明时给缺省值。
	int _a = 10; 
	int* _p = (int*)malloc(4);
	static int _n; //静态成员变量不能给缺省值
};

初始化列表是成员变量定义初始化的地方，你若是给定了值，就用你所给的值对成员变量进行初始化，你若没有给定值，则用缺省值进行初始化，若是没有缺省值，则内置类型的成员就是随机值。

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。

1、友元函数

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。

对于之前实现的日期类，我们现在尝试重载operator<<，但是我们发现没办法将其重载为成员函数，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，即左操作数，但是实际使用中cout需要是第一个形参对象才能正常使用。

所以我们要将operator<<重载为全局函数，但是这样的话，又会导致类外没办法访问成员，那么这里就需要友元来解决。（operator>>同理）

我们都知道C++的<<和>>很神奇，因为它们能够自动识别输入和输出变量的类型，我们使用它们时不必像C语言一样增加数据格式的控制。实际上，这一点也不神奇，内置类型的对象能直接使用cout和cin输入输出，是因为库里面已经将它们的<<和>>重载好了，<<和>>能够自动识别类型，是因为它们之间构成了函数重载。所以，我们若是想让<<和>>也自动识别我们的日期类，就需要我们自己写出对应的运算符重载函数。

class Date
{
	// 友元函数的声明
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
public:
	Date(int year = 0, int month = 1, int day = 1)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
// <<运算符重载
ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day<< endl;
	return out;
}
// >>运算符重载
istream& operator>>(istream& in, Date& d)
{
	in >> d._year >> d._month >> d._day;
	return in;
}

注意：其中cout是ostream类的一个全局对象，cin是istream类的一个全局变量，<<和>>运算符的重载函数具有返回值是为了实现连续的输入和输出操作。

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非公有成员。

class A
{
	// 声明B是A的友元类
	friend class B;
public:
	A(int n = 0)
		:_n(n)
	{}
private:
	int _n;
};
///////////////////////////////////////////////////////////////////////
class B
{
public:
	void Test(A& a)
	{
		// B类可以直接访问A类中的私有成员变量
		cout << a._n << endl;
	}
};

总结：

五、内部类

1、内部类概念

如果一个类定义在另一个类的内部，则这个类被称为内部类。 注意：

此时的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区调用内部类。
外部类对内部类没有任何优越的访问权限。
内部类就是外部类的友元类，即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。

2、内部类特性

内部类可以定义在外部类的public、private以及protected这三个区域中的任一区域。
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。
外部类的大小与内部类的大小无关。

#include <iostream>
using namespace std;
class A //外部类
{
public:
/////////////////////////////////////////////////////
	class B //内部类
	{
	private:
		int _b;
	};
////////////////////////////////////////////////////	
private:
	int _a;
};
int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl; //外部类的大小
	return 0;
}

这里外部类A的大小为4，与内部类的大小无关。

六、匿名函数

⽤类型(实参)定义出来的对象叫做匿名对象，相⽐之前我们定义的类型对象名(实参)定义出来的叫有名对象
匿名对象⽣命周期只在当前⼀⾏，⼀般临时定义⼀个对象当前⽤⼀下即可，就可以定义匿名对象。

class A
{ 
public:
	A(int a = 0)
	:_a(a)
	{
	cout << "A(int a)" << endl;
	}
	
    ~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
	
	private:
	int _a;
};
class Solution 
{
public:
	int Sum_Solution(int n)
	 {
//...
	return n;
	}
};

int main()
{
	A aa1;
	// 不能这么定义对象，因为编译器⽆法识别下⾯是⼀个函数声明，还是对象定义
	//A aa1();
	// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点不⽤取名字，
	// 但是他的⽣命周期只有这⼀⾏，我们可以看到下⼀⾏他就会⾃动调⽤析构函数
	A();
	A(1);
	A aa2(2);
	// 匿名对象在这样场景下就很好⽤，当然还有⼀些其他使⽤场景，这个我们以后遇到了再说
	Solution().Sum_Solution(10);
	return 0;
}

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。