C++类和对象（5）之初始化列表、静态成员函数、友元函数、内部类

想唱rap

1291人浏览 · 2025-10-12 14:16:04

想唱rap · 2025-10-12 14:16:04 发布

一、再看构造函数

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 Date1
{
public:
	Date1(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，但是不能将其称为对对象中成员变量的初始化，构造函数体中的语句只能将其称为赋初值，而不能称作初始化。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，每个"成员变量"后面跟一个放在括号中的初始值或表达式,最后写一个构造函数的函数体（{ }），并且不能把初始化列表写进大括号中了

class Date2
{
public:
	Date2(int year, int month, int day)
		: _year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{
	}

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

【注意】
1. 每个成员变量在初始化列表中最多只能出现一次(初始化只能初始化一次)
2. 类中包含以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化：
(1) 引用成员变量(函数体内赋值不能对引用成员变量初始化）
(2) const成员变量(函数体内赋值不能对const成员初始化）
引用和const必须在定义的时候初始化
(3) 自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)

class A 
{
public:
	//初始化列表：对象的成员定义的位置
	A(int a)
		:_a(a)
	{
	}
private:
	int _a;
};

class B
{
public:
	//初始化列表：对象的成员定义的位置
	B(int a, int ref)
		:_aobj(a)
		, _ref(ref)
		, _n(10)
	{
	}
private:
	int& _ref; // 引用
	const int _n; // const 
	//引用和const必须在定义的时候初始化

	A _aobj; // 没有默认构造函数

	int _c = 0;//这里的0是缺省值，缺省值是给初始化列表的
};

void Btest()
{
	int n = 10;
	B b1(2025, n);
	B b2(2025, n);
}

总结：
(1)可以认为初始化列表是对对象成员定义的位置
(2)构造函数初始化分为函数体内赋值和初始化列表，初始化列表是构造函数的一部分，其代替了函数体内赋值

3. 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，对于自定义类型成员变量，一定会先使
用初始化列表初始化。

4. 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

看下面这个程序：

class A
{
public:
	A(int a)
		:_a1(a)
		, _a2(_a1)
	{
	}

	void Print() {
		cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
	}
private:
	int _a2;
	int _a1;
};

int main() {
	A aa(1);
	aa.Print();
}

这个程序的输出结果是什么？
A.输出1 1
B.程序崩溃
C.编译不通过
D.输出1 随机值

答案选D，由于成员变量的初始化顺序，就是其在声明时候的顺序，这个程序的声明顺序是先_a2后_a1，所以是1，然后随机值

总结：
（1）声明的顺序和初始化的顺序一定要保持一致
（2）初始化列表我们不写编译器也会走，因为初始化列表是成员定义的地方

1.3 explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于接收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：
1. 构造函数只有一个参数
2. 构造函数有多个参数，除第一个参数没有默认值外，其余参数都有默认值
3. 全缺省构造函数

class c
{
public:
	c(int a=10)
		:_a(a)
	{

	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	c a(2);
	c b = 3;//这里是隐式类型转换，整型会转换成自定义类型
	// 3调用构造函数生成一个c类的临时对象，临时对象在拷贝构造b ---->编译器会优化为用3直接构造
	return 0;
}

但是如果想禁止隐式类型转换的发生，就可以使用explicit关键字，放在构造函数的前面，使用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换
例如：

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
}

2. static成员

2.1 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

实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象，也就是还有多少个A对象在使用

class A
{
public:
	A() 
	{ 
		++_scount; 
	}
	A(const A& t) 
	{
		++_scount;
	}
	~A() 
	{ 
		--_scount; 
	}
	//静态成员函数，没有this指针突破类域，指定类域和访问限定符就可以访问
	static int GetACount() 
	{
		return _scount;
	}
private:
	//成员变量--属于每一个类对象，存储在对象里面
	int _a = 1;
	int _b = 2;

	//静态成员变量---属于类，属于类的每个对象共享，存储在静态区
	static int _scount;
	//这里仅仅是对其的声明，不能再里面对他进行定义，也不能在构造函数定义，只能在类外面定义

	//不可以直接在这里对静态成员变量进行定义
	// static int _scount = 1;
};

//全局位置（类外）定义静态变量
int A::_scount = 0;

void TestA()
{
	//这里想要在外面访问_scount，可以直接提供一个静态成员函数突破类域
	cout << __LINE__ << A::GetACount() << endl;
	A a1, a2;
	A a3(a1);
	cout << __LINE__ << A::GetACount() << endl;
	//__LINE__意思是指这个文件在哪一行
}

2.2 特性

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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，但是非静态的成员函数可以访问静态的成员函数，因为静态的成员函数没有this指针
5. 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制

2.3一道OJ题目

求1+2+3+...+n，要求不能使用乘除法、for、位运算、递归、while、if、else、switch、case等关键字及条件判断语句（A?B:C）

class sum 
{
public:
	sum() 
	{
		_ret += _a;
		_a++;
	}
	static int Getret() 
	{
		return _ret;
	}
private:
	static int _a;
	static int _ret;
};
int sum::_a = 1;
int sum::_ret = 0;
class Solution 
{
public:
	int Sum_Solution(int n) 
	{
		sum a[n];
		return  sum::Getret();
	}
};

2.4设计一个类，在类外面只能在栈或者堆上创建对象

创建对象在三个区上：

class M
{
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
};
int main()
{
	static M aa1;//静态区
	M aa2;//栈
	M* ptr = new M;//堆

	return 0;
}

2.4.1再类外面只能在栈上创建对象

思路：直接将构造函数私有化

class M
{
public:
	//这里static创建的静态函数没有this指针，所以可以直接调用它创建
	static M GetStack()
	{
		M aa;
		return aa;
	}
private:
	M()
	{

	}
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
};
int main()
{
	M::GetStack();

	return 0;
}

2.4.2再类外面只能在堆上创建对象

思路：直接将构造函数私有化

class M
{
public:
	//这里static创建的静态函数没有this指针，所以可以直接调用它创建
	static M* GetHeapObj()
	{
		return new M;
	}
private:
	M()
	{

	}
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
};
int main()
{
	M::GetHeapObj();
	return 0;
}

三、友元

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。

友元分为：友元函数和友元类

3.1友元函数

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)
	{
	}

	// 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，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。

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;
}

说明:
（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
（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原理相同
（6）友元函数虽然突破了类的访问限定符，但是增加了耦合

3.2 友元类

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）友元关系不能继承

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。
4.内部类是外部类的友元，也就是说内部类可以访问外部类的私有成员，而外部类不能访问内部类

class A
{
private:
	static int k;
	int h;
public:
	class B // B天生就是A的友元,并且B类受到访问限定符的的影响
	{
	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;//计算结果是4字节,因为k的大小和B对象的大小不算，k是静态的成员变量
	A aa;
	A::B bb;
	return 0;
}

五、匿名对象

class A
{
public:
	A(int a = 0)
		:_a(a)
	{
		cout << "A(int a = 0)" << endl;
	}
	~A()
	{
		cout << "~A()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
class solution
{
public:
	int sum_solution()
	{
		return sum;
	}
private:
	int sum;
};
int main()
{
	A aa(1);//定义有名对象---生命周期在当前函数的局部域
	A(2);//定义匿名对象---生命周期只在当前那一行

	//匿名对象的使用：
	solution().sum_solution();//通过匿名对象直接使用类里面的函数

	//匿名对象不能使用引用，因为匿名对象跟临时变量相似，一样具有常性
	solution& a = solution();
	//但是如果给左边加上const就可以引用了，并且延长了它的生命周期
	const solution& aa = solution();
	return 0;
}

注意：
（1）匿名对象的特点是即用即销毁
（2）匿名对象调用时一定的那个要加括号
（3）匿名对象不能使用引用，因为匿名对象跟临时变量相似，一样具有常性，但是如果给左边加上const就可以引用了,并且const引用延长了他的生命周期，生命周期在当前函数的作用域

六、编译器的优化

（1）在编译器中，同一行的一个表达式中连续的构造+拷贝构造，编译器会优化合二为一，变成构造
（2）在编译器中，同一行的一个表达式中连续的拷贝构造+拷贝构造，编译器会优化合二为一，变成一个拷贝构造

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