[C++基础](6)类和对象(下) :友元，内部类，初始化列表，静态成员

文章目录

• 友元
• • 友元函数
  • 友元类
• 内部类
• 再谈构造函数
• • 构造函数体内赋值
  • 初始化列表
  • explicit关键字
• static成员
• • 静态成员变量
  • 静态成员函数

紧接上一篇： 【C++】（5）类和对象练习，日期类的实现，运算符重载

友元 友元函数

要想实现流插入<<运算符的重载，首先简单看一下下图。

原来cout其实是一个对象，它的类型为ostream。一个<<有两个操作数，那么我们也可以把它作为运算符重载的一个参数。

如果重载<<写在类里面：

void operator<<(std::ostream& out)
{
    out << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}

调用：

因为this指针默认是第一个参数，所以d要写在cout前面。

void test4()
{
	Date d(1919, 8, 10);
	d << cout;
}
//结果：1919-8-10

：程序跑起来是没什么问题，但是这个d << cout;的调用方式也太奇怪了吧，我们平时都是cout写在前面的啊。

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看来只能写成全局的：

注意：

• 全局函数不能写在.h文件里，因为在Date.cpp和test.cpp同时展开，会造成重定义。
• 为了支持连续的流插入，需要有返回值。

std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Date& d)
{
	out << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day << endl;
	return out;
}

但是全局的函数在类外，访问不了类里面的私有成员。

我们可以把它设置为类的==友元函数==：

友元函数特性：

• 友元函数需要在类内声明，声明时要加friend关键字。
• 友元函数可以在类的任意地方声明，不受访问限定符的限制。
• 友元函数可以直接访问类内的私有和保护成员，它是定义在类外的普通函数，不属于任何类。

class Date
{
	friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Date& d); //友元函数声明
public:
    //略...
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

这样我们的调用就可以写成cout << d;了。

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流提取>>运算符的重载与上述同理，cin也是对象，类型是istream。

注意检查输入的日期是否合法。

class Date
{
	friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Date& d); //友元函数声明
	friend std::istream& operator>>(std::istream& in, Date& d);
public:
    //略...
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

std::istream& operator>>(std::istream& in, Date& d)
{
	int year, month, day;
	in >> year >> month >> day;
	if (year >= 1
		&& month <= 12 && month >= 1
		&& day >= 1 && day <= d.GetMonthDay(year, month))
	{
		d._year = year;
		d._month = month;
		d._day = day;
	}
	else
		cout << "日期非法" << endl;
	return in;
}

友元类

一个类可以是另一个类的友元，友元类可以访问另一个类的私有成员。

• 友元关系不具有交换性，比如下述Date类可以访问Time类的私有成员，Time不能访问Date类的私有成员。
• 友元关系不具有传递性，A类是B类的友元，B类是C类的友元，A类不一定是C类的友元。

class Date; // 前置声明
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 = 1, int minute = 1, int second = 1)
	{
		_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;
};

内部类

如果一个类定义在另一个类的内部，那么这个类就叫做内部类。

• 内部类天生就是外部类的友元。
• 内部类受外部的访问限定符的限制。

class A
{
public:
	class B //B是A的友元
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;
			cout << a.h << endl; //B可以访问A的私有成员
		}
	private:
		int _b;
	};
private:
	static int k;
	int h;
};

sizeof(A)是多少？

答：A类型的对象里面没有B类型的对象，static修饰的k不算大小，所以只有一个int h占大小，答案为4

再谈构造函数 构造函数体内赋值

我们之前写的构造函数，成员变量在函数体内初始化：

//函数体内初始化
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
{
	_year = year;
	_month = month;
	_day = day;
}

严格来说，函数体内初始化并不能叫做初始化，应该叫赋初值，因为初始化只有一次，而函数体内可以多次赋值。对于必须在定义时就初始化的类型，比如引用，函数体内就写不了了。

初始化列表

使用方法：

初始化列表：以一个冒号:开始，接着是由逗号,分隔的数据成员列表，每个成员变量后跟一个括号，括号内为初始值或表达式。

//初始化列表初始化
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
	:_year(year)
	, _month(month)
	, _day(day)
{}

初始化列表才是对象里的成员定义的地方，编译器自己生成的默认构造函数也有初始化列表，用来定义成员变量，这也是为什么它对内置类型不处理（随机值），而自定义类型会调用它的默认构造函数。

C++11支持在成员变量声明处给缺省值，给的缺省值其实就是给初始化列表用的。

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注意：

1. 每个成员变量在初始化列表中只能出现一次（初始化只能有一次）
2. 以下三类必须在初始化列表初始化：引用成员变量，const成员变量，自定义类型成员（其类里面没有默认构造函数）

三种类型成员变量在初始化列表初始化：

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
		:_year(year)
		, _month(month)
		, _day(day)
	{}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

class A
{
public:
	A(int a, int ci, const Date& d)
		:_a(a)
		, _ci(ci)
		, _d(d)
	{}
private:
	int& _a; //引用
	const int _ci; //const修饰
	Date _d; //无默认构造的自定义类型
};

：A类中有Date类型的成员变量，而Date类没有提供默认构造函数，所以Date类在定义的时候就必须手动传参初始化。

建议：成员变量尽量都在初始化列表初始化。

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成员变量在初始化列表中的初始化顺序是它在类中的声明次序，与它在初始化列表中的顺序无关

如下代码的结果是多少？

class A
{
public:
	A(int n)
		:_a(n)
		, _b(_a)
	{}
	void Print()
	{
		cout << _a << " " << _b << endl;
	}
private:
	int _b;
	int _a;
};

int main()
{
	A aa(1);
	aa.Print();
	return 0;
}

答案：1 随机值

解析：_b先声明，先初始化_b，因为_b(_a)中的_a还未初始化，所以_b最后被初始化为随机值。接着_a(n)，n为1，最后_a被初始化为1，所以最终结果为：1 随机值

explicit关键字

构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数的构造函数，还具有类型转换的作用。

class Date
{
public:
	Date(int year)
		:_year(year)
	{}
	void Print()
	{
		cout << _year << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2022); //构造
	Date d2 = 2023; //隐式类型转换
	d2.Print(); //结果：2023
	return 0;
}

对于Date d2 = 2023; ，一般编译器会使用2023构造一个临时对象，然后用它拷贝构造d2，不过编译器通常会对这种过程进行优化，直接使用2023去构造d2。

另外因为临时对象具有常性，它的引用必须加const，比如const Date& d3 = 2022;

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explicit关键字可以用来修饰构造函数，被修饰的构造函数会被禁止隐式类型转换：

class Date
{
public:
	explicit Date(int year) //被explicit修饰的构造函数
		:_year(year)
	{}
	void Print()
	{
		cout << _year << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	Date d1(2022); //构造
	Date d2 = 2023; //此处报错：不存在从 "int" 转换到 "Date" 的适当构造函数
	d2.Print();
	return 0;
}

static成员

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。静态的成员变量一定要在类外进行初始化

静态成员变量

静态成员变量存储在静态区（不占用对象的空间），其属于整个类，也属于该类的所有对象。

面试题：实现一个类，计算程序中创建出多少个该类的对象。

class A
{
public:
	A()
	{
		++_count;
	}

	A(const A& aa)
	{
		++_count;
	}
	static int _count; //静态成员变量
};

int A::_count = 0; //在类外初始化

A func(A a)
{
	A copy(a);
	return copy;
}

int main()
{
	A a1;
	A a2 = func(a1);
	cout << A::_count << endl;//也可以a1._count访问
	return 0;
}
//结果：4

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静态成员函数

static也可以修饰成员函数

注意：static成员函数没有this指针，正因如此，它也无法直接访问其他非静态成员函数

class A
{
public:
	A()
	{
		++_count;
	}

	A(const A& aa)
	{
		++_count;
	}

	static int GetCount() //静态成员函数
	{
		return _count;
	}
private:
	static int _count; //设为私有，不能在类外直接访问的情况
};

int A::_count = 0; //在类外定义

A func(A a)
{
	A copy(a);
	return copy;
}

int main()
{
	A a1;
	A a2 = func(a1);
	cout << A::GetCount() << endl; //调用GetCount函数//也可以a1.GetCount()调用
	return 0;
}

：因为没有this指针，所以这里调用静态成员函数不需要指定对象，只要指定类域即可。

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下面这道题，可以用静态成员变量解决：

原题链接：求1+2+3+…+n__牛客网 (nowcoder.com)

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

数据范围： 0 < n ≤ 200 0

进阶： 空间复杂度 O ( 1 ) O(1) O(1)，时间复杂度 O ( n ) O(n) O(n)

示例1

输入 5

输出 15

示例2

输入 1

输出 1

参考代码：

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

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

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