【C++】类和对象（下）

初始化列表

在对类和对象有了基本的认识之后，可以知道在创建对象的时候，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;
};

上面的代码通过构造函数赋予了成员变量新的值，但不能称之为对对象中成员变量的初始化，构造函数中的语句只能称之为赋初值，而不能称作初始化。

• 初始化只能初始化一次，而构造函数体内可以多次赋值。

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或成员列表，每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)//对象的定义:_year(year),_month(month),_day(day){}
private:
//对象的声明int _year;int _month;int _day;
};int main(void)
{Date d(2000,1,1);//对象的整体定义return 0;
}

成员变量在类里面是声明，在主函数（main）中会对成员变量进行对象的整体定义，所有C++中规定了初始化列表，对象的成员定义的位置便是在初始化列表，在构造函数体内进行的是成员变量的赋值。

【注意】
1.每一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）

成员变量可以在初始化列表不出现，但是出现最多只能出现一次，否则就会报错。

如果成员变量在初始化列表中不出现，成员变量中的内置类型不做处理，而自定义类型会调用其默认的构造函数。

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。

• 引用成员变量

class B
{
public:B(int& i):_i(i){}
private:int& _i;
};
int main(void)
{int i = 10;B b1(i);return 0;
}

当类中存在引用成员变量时，必须在定义的时候初始化。
而在传引用值时，需要预先在出函数中定义好一个变量，构造函数接收参数时使用引用，如果只是传递一个值，在调用构造函数时会建立一个临时变量存储这个值，当构造函数销毁时，临时变量也会销毁，那么此时这个引用就会变成一种野引用。

• const成员变量

class B
{
public:B(int c):_c(c){}
private:const int _c;
};
int main(void)
{B bb1(10);return 0;
}

当类中存在const修饰成员变量时，必须在定义的时候初始化。
被const修饰的变量只有一次初始机会，此后不可以被修改，所有必须在初始化列表的定义。

• 自定义类型（且该类型没有默认的构造函数）

class A
{
public:A(int a):_a(a){}
private:int _a;
};class B
{
public:B(int aa):_aa(aa){}private:A _aa;
};int main(void)
{B bb(1);return 0;
}

当自定义类型没有默认构造函数（全缺省、无参、编译器自定生成），需要在初始化列表定义，由默认构造函数，也可以在初始化列表进行定义。

有默认构造函数，默认构造函数的参数为缺省值，需要先考虑初始化列表，初始化列表可以看作是成员变量定义的地方。

【注意】
初始化只是构造函数的一部分，构造函数里面初始化赋值有俩种：第一种是在函数体内赋值，另一种是初始化列表定义。

也就是说，并不是初始化列表可以满足构造函数的问题，在构造函数内部可以进行一些其他的工作，例如内存的开辟，内存开辟后的判断，多维数组的建立等等。

class Stack
{
public:Stack(int capacity):_capacity(capacity),_size(0){_a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);if (_a == nullptr){perror("malloc fail");return;}}
private:int* _a;int _capacity;int _size;
};

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。

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顺序无关。

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

这段错误代码就演示了在初始化列表中先定义_a1时，使用_a2的值赋给_a1，由于_a2还未定义，所以_a1会出现随机值。

构造时的类型转化

class A
{
public:A(int a):_a(a){}
private:int _a;
};int main(void)
{A aa1 = 2;return 0;
}

对对象初始化时，将一个整数类型赋值给自定义类型，这种方式被称为隐式类型转换，会先通过整数构造一个自定义类型的临时变量，临时变量在拷贝构造给需要构造的对象——>这种过程直接会被编译器有优化为直接构造，不通过拷贝构造。
在同一个表达式中，连续的构造编译器一般会优化。

这段代码报错的原因是，整数int类型在构造一个自定义类型的临时变量时，由于临时变量具有常性，所以在将临时变量拷贝给自定义类型时，临时变量会释放，引用会变成野引用，所以直接使用引用是不可以的。

可以使用const来使用引用，因为const引用不能被修改。

• 使用explicit关键字修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式住转化。

static成员

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。

例如：检查程序中有多少个对象正在使用

//使用全局变量
int _count = 0;
class A
{
public:A(int a):_a(a){++_count;}A(const A& a){++_count;}~A(){--_count;}
private:int _a;
};void Fun1()
{A aa3(2);cout << __LINE__ << ":" << _count << endl;
}
int main(void)
{A aa1(1);cout << __LINE__ << ":" << _count << endl;A aa2(aa1);cout << __LINE__ << ":" << _count << endl;Fun1();cout << __LINE__ << ":" << _count << endl;return 0;
}

此代码使用全局变量来测试，但是全局变量的劣势是任何地方都可以将其修改。

类中除了可以定义成员变量，同时也可以定义静态成员变量。

class A
{
public:A(int a):_a(a){++_count;}A(const A& a){++_count;}~A(){--_count;}static int GetCount(){return _count;}
private:int _a;static int _count;
};
int A::_count = 0;void Fun1()
{A aa3(2);cout << __LINE__ << ":" << A::GetCount() << endl;
}
int main(void)
{A aa1(1);cout << __LINE__ << ":" << A::GetCount() << endl;A aa2(aa1);cout << __LINE__ << ":" << A::GetCount() << endl;Fun1();cout << __LINE__ << ":" << A::GetCount() << endl;return 0;
}

对于成员变量与静态成员变量的区别是，成员变量属于每一个类对象，每一个对象中都会有成员变量，而静态成员变量只属于类，属于类中每一个类对象共享的变量，存储在静态区，其声明周期是全局的。

静态成员变量只在全局位置，类的外面定义，由于静态成员变量在类中被封装后变成私有，所以静态成员函数不可以被访问，所以可以使用类中公共的成员函数。

class A
{
public:A(int a):_a(a){++_count;}A(const A& a){++_count;}~A(){--_count;}int GetCount(){return _count;}
private:int _a;static int _count;
};
int A::_count = 0;void Fun1()
{A aa3(2);cout << __LINE__ << ":" << aa3.GetCount() << endl;
}
int main(void)
{A aa1(1);cout << __LINE__ << ":" << aa1.GetCount() << endl;A aa2(aa1);cout << __LINE__ << ":" << aa1.GetCount() << endl;Fun1();cout << __LINE__ << ":" << aa1.GetCount() << endl;return 0;
}

这种方式是无法对没有对象的程序进行调用函数。

所以也可以使用静态成员函数，静态成员函数没有this指针，指定类域或者访问限定符就可以访问静态成员函数，静态成员函数中不能使用非静态成员变量，因为没有this指针。

【注意】由于静态成员变量无法进入构造，所以无法通过初始化列表定义，所以在声明静态成员变量时，无法给缺省值。

• 链接:使用static计算1+2+3……+n

class Sum
{
public:Sum(){_sum += _num;++_num;}static int GetSum(){return _sum;}
private:static int _num;static int _sum;
};
int Sum::_num = 1;
int Sum::_sum = 0;class Solution {
public:int Sum_Solution(int n) {Sum arr[n];   return Sum::GetSum();}
};

• 设计一个类只能在栈上创建对象

class A
{
public:static A GetStackObj(int a){A a1(a);return a1;}
private:A(int a1):_a1(a1){}int _a1;
};
int main(void)
{A a1 = A::GetStackObj();return 0;
}

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面定义，定义时不添加static关键字，在类里面只是声明
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
5.静态成员也是类的成员，受public,protected,privated的影响
6.非静态成员函数可以调用静态成员函数，原因是静态成员函数没有this指针，不构成影响
7.静态成员函数不能调用非静态成员函数，是因为非静态成员函数调用需要this指针，而静态成员函数没有this指针

友元

友元提供了一种突破封装的方式，有时可以利用友元提供方便，但使用友元会增加耦合度（关联度更加紧密），可能会破坏封装。
友元使用关键字friend
友元可以分为：友元函数与友元类。

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。

以流插入举例：

class Date
{friend ostream& operator<<(ostream& out, Date& d);
public:Date(int year, int month, int day):_year(year),_month(month),_day(day){}
private:int _year;int _month;int _day;
};ostream& operator<<(ostream& out, Date& d)
{out << d._year << "/" << d._month << "/" << d._day;return out;
}

观察这段代码，无法将operator<<放在类中成为重载成员函数，是因为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。

	d << cout;

但是实际使用中cout需要是第一个形参对象，才能正常使用，可以将operator重载成全局函数，但是此时又会导致类外没办法访问成员，此时就需要友元来解决。

【注意】
1.友元函数可以访问类的私有和保护成员，但是不是类的成员函数
2.友元函数不能使用const修饰
3.友元函数可以哎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的调用原理相同

友元类

class Date
{friend class Time;
public:Date(int year = 2000, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){}
private:int _year;int _month;int _day;
};class Time
{
public:Time(int hour, int minute, int second):_hour(hour),_minute(minute),_second(second){}void Print(){cout << _d._year << " " << _d._month << " " << _d._day << " "<< _hour    << " " << _minute   << " " << _second;}
private:int _hour;int _minute;int _second;Date _d;
};int main(void)
{Time T1(2, 23, 15);T1.Print();return 0;
}

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。

• 友元函数是单向的，不具有交换性。
• 友元关系不能传递。
  例如：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。
• 友元关系不能继承。

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。

【特性】
1.内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的，其效果不同。
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或者类名
3.sizeof(外部类)==外部类，和内部类没有任何关系。
4.sizeof(类)时，里面的静态变量不计算，是因为静态变量没有存储在对象里面。
5.内部类天生是外部类的友元。

class A
{
public:class B{public:B():_b(2){}void Print(const A& a){cout << a._a << _b << endl;}private:int _b;};A():_a(1){}
private:int _a;
};
int main()
{A a;A::B b;b.Print(a);return 0;
}

【注意】
内部类就是外部类的友元类，同友元类一样，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，但外部类不是内部类的友元。

匿名对象

• 有名对象

	A aa1(1);

• 匿名对象

	A(2);

• 有名对象调用调用函数

	Date d1;d1.Print();

• 匿名函数调用对象

	Date().Print();

有名对象的生命周期在当前函数局部域，匿名对象的生命周期在当前行。

匿名对象与有名对象的区别仅仅是匿名无名，而有名有名。

• 匿名对象与临时对象相似，具有常性。

	//错误代码A& a1 = A(1);//正确代码const A& a2 = A(1);

const引用延长了匿名对象的生命周期，生命周期在当前函数局部域。

同时，同一行一个表达式中连续的构造+拷贝构造会进行优化。

总结

在类和对象阶段，需要体会到，类是对某一类实体（对象）来进行描述的，描述该对象具有哪些属性，哪些方法，描述完成后就形成了一种新的自定义类型，才有该自定义类型就可以实例化具体的对象。