【C++指南】一文总结C++类和对象【下】

egoist祈

发布于 2025-03-13 09:31:27

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代码可运行

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代码可运行

再探构造函数

初始化列表

前面我们讲过构造函数初始化还可以使用初始化列表。那么初始化列表是如何使用的呢？

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"后面跟放在括号中的初始值。

Date(int& x, int year = 1, int month = 1, int day = 1)
    :_year(year)
    ,_month(month)
    ,_day(day)
{}

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，无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。

class Date
{
public:
Date()
    :_ref(x)
    ,_n(1)
{}

private:
    int& _ref; // 引⽤成员变量
    const int _n; // const成员变量
};

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。
尽量使用初始化列表初始化，因为那些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，初始化列表则用这个缺省值初始化。如果没给缺省值，对于没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。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
		, _a2(_a1)
	{}
	void Print() {
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}
private:
	int _a2 = 2;
	int _a1 = 2;
};
int main()
{
	A aa(1);
	aa.Print();
}

上面的程序中运行结果是什么？

实例化对象时传值为1传参，调用构造函数，通过初始化列表将_a1初始化为1，然后再把_a2初始化为1。调用Print成员函数，打印后发现值为1 和随机值。这是为什么呢？

需要注意初始化列表是跟类中声明顺序走，因此是先把_a2初始化为_a1（_a1还没初始化），再将_a1初始化为1。

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。

类型转换

int main()
{
	int a = 1;
	const double& b = a;
	return 0;
}

在上面这段程序中，定义了int类型的变量a，double类型的b引用a，此时会发生隐式类型转换，而这里的类型转换会产生一个临时对象，这个临时对象具有常性，因此需要加const。

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

在C++11后还支持多参数的类型转换，用{ ... }的方式。

如在后续使用的map中，往对象m中插入1和2时，隐式类型转换成value_type类型，即pair<...,...>

#include<map>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	map<int, int> m;
	m.insert({ 1,2 });
	return 0;
}

static成员

⽤static修饰的成员变量，称为静态成员变量，静态成员变量⼀定要在类外进⾏初始化。(C++规定)
静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是给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。

class Date
{
private:
    static int _ret;
}

//类外进行初始化
int Date::_ret=0;

静态成员变量为所有类对象所共享，不存在对象中，存放在静态区。和普通静态变量区别在于受public、protected、private 访问限定符的限制。

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。静态成员函数中可以访问其他的静态成员，但不能访问⾮静态的，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。
可以突破类域访问静态成员，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。

求1+2+3+...+n

此题限制了for、while、if等关键词的使用，让我们无法通过递归等方式来解决。此题可以用static成员来解决问题。

定义两个static成员，一个_count来记录最终结果，_i表示1、2、3...，那么求n！时，只需要调用n次构造函数，由于是静态成员，生命周期被延长了，使得_i能表示1、2...，每次将_i的值给_count即得最终答案。

class Sum
{
public:
    Sum()
    {
        _count+=_i;
        _i++;
    }
    static int GetSum()
    {
        return _count;
    }
private:
    static int _i;
    static int _count;
};

int Sum::_i=1;
int Sum::_count=0;

class Solution {
public:
    int Sum_Solution(int n) {
        Sum a[n];
        return Sum::GetSum();
    }
};

友元、内部类、匿名对象

友元

友元提供了⼀种突破类访问限定符封装的⽅式，友元分为：友元函数和友元类，在函数声明或者类声明的前⾯加friend，并且把友元声明放到⼀个类的⾥⾯。
既然我成为了你的朋友，那么外部友元函数可访问类的私有和保护成员，友元函数仅仅是⼀种声明，他不是类的成员函数。
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。并且，⼀个函数可以是多个类的友元函数。

上文实现Date类的流输出和流输入时就需要定义友元函数。

class Date
{
	//友元
	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& in, Date& d);
}

ostream& operator<<(ostream& out, const Date& d);
istream& operator>>(istream& in, Date& d);

友元类中的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私有和保护成员。
友元类的关系是单向的，如A类是B类的友元，但是B类不是A类的友元。
友元类关系不能传递，如果A是B的友元， B是C的友元，但是A不是C的友元。

但是小编并不建议多用友元函数，虽然其提供了便利。但是友元的随意访问破坏了封装，会增加耦合度。在软件工程中强调“高内聚，低耦合”的概念，耦合性越高，模块的独立性就越差。

内部类

⼀个类可以在另⼀个类的里面，叫做内部类。内部类是⼀个独⽴的类（外部类定义的对象中不包含内部类），区别在于受外部类类域限制和访问限定符限制。
内部类默认是外部类的友元类，即内部类可以访问外部类的成员。
内部类的实用范围并不是很广。只有当A类跟B类紧密关联，A类实现出来主要就是给B类使⽤，那么可以考虑把A类设计为B的内部类，如果放到private/protected位置，那么A类就是B类的专属内部类，其他地方都用不了。

匿名对象

之前在传参的时候，往往需要先定义一个有名对象再来传参。但是这过于麻烦。于是C++中定义了一个匿名对象：用类型(实参) 定义出来的对象。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。

匿名对象作缺省参数

class A
{
public:
	A(int a=0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

void func2(const A& aa = A())

调试可以发现匿名对象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。

当然可以通过const引用延长匿名对象的生命周期，匿名对象跟着引用走。

const A& ref2 = A();

编译器优化

class A
{
public:
	A(int a = 1)
		:_a1(a)
	{
		cout << "A()" << endl;
	}
	A(const A& d)
		:_a1(d._a1)
	{
		cout << "A(const A& d)" << endl;
	}
	A& operator=(const A& aa)
	{
		cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;

		if (this != &aa)
		{
			_a1 = aa._a1;
		}
		return *this;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a1 = 1;
};

int main()
{
	// 构造+拷贝-》优化为直接构造
	A aa1 = 1;
	return 0;
}

在上面这段程序中，我们期望的是1调用构造函数，然后再调用拷贝构造初始化对象aa1，但是通过调试发现调用完构造函数并未调用拷贝构造。这是为什么呢？

现代编译器会 为了尽可能提⾼程序的效率 ，在不影响正确性的情况下会尽可能减少⼀些传参和传返

回值的过程中 可以省略的拷⻉ 。且优化情况由各个编译器处理。尤其新⼀点的编译器对于连续⼀个表达式步骤中的连续拷⻉会进⾏合并优化。

隐式类型，连续构造 + 拷⻉构造 -> 优化为直接构造

void f1(A aa)
{
    //...
}

int main()
{
	f1(1);
	return 0;
}

在上面这段程序中，1要隐式类型转换成A类类型对象，因为是传值传参要调用拷贝构造。但是，通过调试发现仅仅调用了拷贝构造，即被编译器优化了。

接着，我们来看看编译器对下面程序的优化程度。

A f2()
{
	A aa;
	return aa;
}

int main()
{
	A aa2 = f2();
	return 0;
}

在上面这段代码中(类并未写出)，构造出了对象aa后，返回对象aa，由于是在f2的栈区中，不能直接返回，编译器理应会拷贝构造一个临时对象，再将临时对象拷贝给aa2对象。但是通过调试返回时编译器并未调用拷贝构造函数，更厉害的是在vs这个编译器下进行跨行合并优化，将构造的局部对象aa和拷贝的临时对象和接收返回值对象aa2优化为一个直接构造。

接着我们在linux下运行此程序，编译时⽤ g++ test.cpp -fno-elide-constructors可关闭编译器优化。

可以发现编译器先是调用了构造函数，返回时调用拷贝构造给临时对象，再将临时对象拷贝构造给对象aa2。