C++ 基础与深度分析 Chapter11 类与面向对象编程（结构体与对象聚合、成员函数、访问限定符与友元）

文章目录

结构体与对象聚合
成员函数
- 基本概念
- 成员函数的声明与定义
- 成员函数与 this 指针
- 成员函数的名称查找与隐藏关系
- 静态成员函数
访问限定符与友元

结构体与对象聚合

结构体的声明与定义（注意定义后面要跟分号来表示结束）

#include 
#include 
using namespace std;

// 定义一个结构体，x和y组合到一起
struct Str{
    int x;
    int y;
}; // 这个分号是必须的

struct Str; // 结构体的声明，告诉编译器这是一个结构体。

int main()
{
    Str m_str;
    m_str.x = 3;
    cout << m_str.x << endl;
}

仅有声明的结构体是不完全类型（ incomplete type ）

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
}; 

struct Str1;

int main()
{
    Str m_str;
    Str1 m_str1; // 报错 variable has incomplete type 'Str1'
    // 仅有声明的结构体是不完全类型（ incomplete type ）
}

结构体（以及类）的一处定义原则：翻译单元级别
变量在不同的编译单元都可以有不同的定义。结构体和类都是翻译单元级别（文件）的一处定义。

数据成员（数据域）的声明与初始化

（ C++11 ）数据成员可以使用 decltype 来声明其类型，但不能使用 auto

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
    decltype(3) x;
    // 这里不能使用auto
}; 


int main()
{
    Str m_str;
}

数据成员声明时可以引入 const 、引用等限定

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
    const int x = 5;
}; 

int main()
{
    Str m_str;
}

数据成员会在构造类对象时定义

类内成员初始化（ C++11 ）

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
    int x = 5; // 类内成员初始化
}; 

int main()
{
    Str m_str;
    cout << m_str.x << endl; // 5
}

聚合初始化：从初始化列表到指派初始化器

但是这里有个问题，就是这样的话，顺序一定要和Str里面变量声明的顺序相同，不然一定会出错。c++20使用了一个指派初始化器

mutable 限定符

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
    mutable int x = 0; // mutable 可修改的
    int y = 1;
}; 

int main()
{
    const Str m_str;
    m_str.x = 3; // 这样x就是可修改的了
}

静态数据成员多个对象之间共享的数据成员

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
    int x = 0;
    int y = 1;
}; 


int main()
{
    Str m_str1;
    Str m_str2;
    m_str1.x = 100;
    cout << m_str1.x << endl; // 100
    cout << m_str2.x << endl; // 0 m_str1和m_str2是2个不同的对象，分别包含一组x和y
}

但是如果我们把数据成员设置成静态成员，那么m_str1和m_str2的数据成员之间就可以共享了。

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
    static int x;
    int y = 1;
}; 

int Str::x;
int main()
{
    Str m_str1;
    Str m_str2;
    m_str1.x = 100;
    cout << m_str1.x << endl; // 100
    cout << m_str2.x << endl; // 100 x是静态成员，2个对象之间的值共享了
}

C++98 ：类外定义， const 静态成员的类内初始化

C++17 ：内联静态成员的初始化

可以使用 auto 推导类型：
注意只有静态数据成员可以，一般的数据成员类型不支持auto。但是可以使用delctype。

静态数据成员的访问：

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
    static int x;
}; 

int Str::x = 3;

int main()
{
    Str m_str1;
    Str* ptr = &m_str1;
    cout << Str::x << endl;  // 3 域操作符
    cout << m_str1.x << endl;  // 3
    cout << ptr->x << endl;  // 3
}

在类的内部声明相同类型的静态数据成员：

成员函数

基本概念

由于引入了成员函数，就把简单的结构体（聚集数据），变成了抽象数据类型。就是类。

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str{
    int x = 3;

    // 成员函数
    void fun()
    {
        cout << x << endl;
    }
}; 

void fun(Str obj)
{
    cout << obj.x << endl;
}

int main()
{
    Str m_str;
    // fun(m_str);
    m_str.fun();
}

关键字 class，明确的表明是一个类

class Str{
public:
    int x = 3;

    // 成员函数
    void fun()
    {
        cout << x << endl;
    }
};

类本身形成域，称为类域。

成员函数的声明与定义

类内定义（隐式内联）

#include 
#include 
using namespace std;

class Str{
public:
    int x = 1;

    // 类内定义
    void fun()
    {
        cout << x << endl;
    }
}; 

int main()
{
    Str m_str;
    m_str.x = 3;
    m_str.fun();
}

为了防止多个文件引用过一个类的成员函数，会产生重复定义。所以成员函数要设计成隐式内联的。

类内声明 + 类外定义

类外定义的函数，函数不是内联的。

类与编译期的两遍处理

成员函数与尾随返回类型（ trail returning type ）

成员函数与 this 指针

#include 
#include 
#include "header.h"
using namespace std;

int main()
{
    Str m_str;
    m_str.x = 5;
    cout << &m_str << endl; // 0x7ffee13066e8
    m_str.fun(); // 0x7ffee13066e8，编译器会调用fun(&m_str)

    Str m_str2;
    m_str2.x = 10;
    cout << &m_str2 << endl; // 0x7ffee13066e0
    m_str2.fun(); // 0x7ffee13066e0
}

#include 
using namespace std;
class Str{
public:
    int x = 1;

    // 给fun一个隐藏的参数 Str* this，这个是Str第一个参数
    void fun()
    {
        cout << this << endl;
        cout << this->x << endl;
    }
};

可以通过this来显式访问类的成员数据

this是一个Str * const的指针，它指向了Str的对象。this本身不可修改，但是this指向的内容可以修改。有时候我们不想类外部的结构修改类内部的数据成员或者成员函数.

成员函数的名称查找与隐藏关系

静态成员函数

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str
{
    inline static int x; // 静态数据成员
    // 静态成员函数，不能在静态成员函数中使用成员函数x
    // fun会被共享，不会传入this。所以没法调用this->x
    // 为什么要引入静态成员函数
    // 一般描述和类紧密相关的东西，同时不需要对象具体信息获取相应的结果
    static void fun()
    {
        cout << x << endl;
    }
};

int main()
{
    Str m_str1;
    m_str1.fun();
    Str::fun();
    Str m_str2;

}

成员函数基于引用限定符的重载（ C++11 ）

访问限定符与友元

使用public/private/protected限定类成员的访问权限

#include 
#include 
using namespace std;

struct Str
{
    void fun()
    {
        // private内部可以访问
        cout << x << endl;
    }
// 私有的
private:
// protected，外面也无法访问
// public:
    int x;
    int y;

};

int main()
{
    Str m_str;
    // 如果x是public，就可以访问
    cout << m_str.x << endl; // error: 'x' is a private member of 'Str'
}

struct默认是public，class默认是private。

访问权限的引入使得可以对抽象数据进行封装。比如我们买的电视，就是封装了很多线路。外面只有几个接口。

使用友元打破访问权限限制——关键字friend
声明某个函数是friend友元

#include 
#include 
using namespace std;

int main();

class Str
{
    // 通过friend告诉Str，main是Str的好朋友，可以访问它的private成员
    friend int main();
    inline static int x;
};

int main()
{
    Str m_str;
    cout << Str::x << endl; // 将main设置为友元
}

也可以声明某个类是类的friend

#include 
#include 
using namespace std;

class Str2;

class Str
{
    // Str2是Str的友元，Str2的函数可以访问Str的private成员
    friend Str2;
    inline static int x;
};

class Str2
{
    void fun()
    {
        cout << Str::x << endl; 
    }
};

int main()
{
}

friend就是来打破封装的，但是要慎重使用friend。封装是很有用的，所以不要轻易的打破封装，会有风险。如果我们声明了friend，那么它就可以访问该类的所有成员，所有成员都暴露给这个朋友了。

friend放到哪个section都可以，不论是private，public或者protect都可以。

友元类内声明：

使用限定名称并非友元类的声明。

在类内无法定义友元类，只能是声明

在类外面定义友元函数，在类里面声明它。

在类的内部定义友元函数

隐藏友元：

C++ 基础与深度分析 Chapter11 类与面向对象编程（结构体与对象聚合、成员函数、访问限定符与友元）

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