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1. 所有的成员,既可以在初始化列表初始化,也可以在函数体内初始化
2. 每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(初始化只能初始化一次)
5. 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
一、再谈构造函数
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 Date
{
public:
Date(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
测试类Stack
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
Stack(size_t capacity = 4)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (NULL == _array)
{
perror("malloc申请空间失败!!!");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(DataType data)
{
// CheckCapacity();
_array[_size] = data;
_size++;
}
// 其他方法...
~Stack()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = NULL;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
private:
DataType* _array;
int _capacity;
int _size;
};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。初始化列表的本质可以理解为每个对象中成员定义的地方。
【注意】
1. 所有的成员,既可以在初始化列表初始化,也可以在函数体内初始化
2. 每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(初始化只能初始化一次)
3. 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
- const成员变量
- 自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)
class MyQueue
{
public:
// Stack不具备默认构造, MyQueue也无法生成默认构造
// 初始化列表
// 可以和函数体混着用
// 初始化列表的本质可以理解为每个对象中成员定义的地方
// 所有的成员,你可以在初始化列表初始化,也可以在函数体内初始化
// 必须在初始化列表初始化
// 1、引用 2、const 3、没有默认构造自定义类型成员(必须显示传参调构造)
MyQueue(int n, int& rr)
:_pushst(n)
,_popst(1)
,_x(1) // 初始化列表可以定义const
,_ref(rr) // 初始化列表也可以定义引用
{
_size = 0;
// _x = 1;
}
private:
// 声明
Stack _pushst;// 没有默认构造函数
Stack _popst;
int _size;
// 必须在初始化列表初始化，并在定义时初始化
const int _x;// const
// 必须在初始化列表初始化，并在定义时初始化
int& _ref;// 引用
};- 初始化列表是C++构造函数中的一个特性，它允许在构造函数体执行之前初始化类的成员变量。这对于 const 成员、引用成员或没有默认构造函数的自定义类型成员特别重要，因为它们必须在构造函数体执行之前被初始化。
- 初始化列表不仅仅是为了初始化这些特殊类型的成员，它还可以提高效率，因为它允许直接构造对象，而不是先默认构造然后再赋值。
声明给缺省值也可以是其他的值
在 C++11 及其后续版本中，类成员可以在声明时赋予缺省值，这些缺省值将在构造对象的构造函数调用之前进行初始化。这在类的设计中是一个方便的特性，允许开发者为成员变量设定默认值，从而减少构造函数的复杂性。
class BB
{
public:
BB()
{}
private:
int _b1 = 1; // 整数成员初始化
int* _ptr; // 指针成员在构造函数初始化列表中初始化
Stack _pushst; // 假设Stack有一个默认构造函数
A _a1; // 假设A有一个默认构造函数或者可以接受一个整数的构造函数
A _a2{1, 2}; // 列表初始化，假设A支持这种初始化
A _a3 = _a2; // 拷贝初始化
};
int main()
{
BB bb;
return 0;
}4. 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。
class Time
{
public:
Time(int hour = 0)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int day)
{}
private:
int _day;
Time _t;
};
int main()
{
Date d(1);
}5. 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
class A
{
public:
A(int a)
:_a1(a)
, _a2(_a1)
{}
void Print() {
cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
}
private:
// 后定义先析构
int _a2;
int _a1;
};
// 全局对象,在main函数之前构造
A aa0；
int main() {
A aa(1);
aa.Print();
}A. 输出1 1
B.程序崩溃
C.编译不通过
D.输出1 随机值
选D，发生这种情况的原因是声明与定义的顺序不一致
C++ 中构造函数初始化列表的一个重要特性：成员变量的初始化顺序与它们在类中声明的顺序有关，而不是与初始化列表中的顺序相关
6.初始化列表,不管你写不写,每个成员对象都会先走一遍
class MyQueue
{
public:
// 初始化列表,不管你写不写,每个成员对象都会先走一遍
// 自定义类型的成员会调用默认构造
// 内置类型有缺省值用缺省值,没有就看编译器,有的会处理,有的不会处理
// 先走初始化列表 + 再走函数体
// 实践中:尽可能使用初始化列表初始化,不方便再使用函数体初始化
MyQueue()
:_size(1)
,_pushst(10)
,_ptr((int*)malloc(8))
{
memset(_ptr, 1, 40);
//_size++;
}
private:
// 声明
Stack _pushst;
Stack _popst;
// 缺省值 给初始化列表用的
int _size = 0;
int* _ptr;
};
1.4 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：
- 构造函数只有一个参数
- 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
- 全缺省构造函数
单参数构造
当构造函数只有一个参数，且该参数类型与构造函数所在类的类型不同时，这个构造函数可以作为一个转换构造函数。它允许在需要类类型对象的地方使用构造函数的参数类型值，编译器会自动调用这个构造函数进行类型转换。
class A
{
public:
// 1. 单参构造函数，没有使用explicit修饰，具有类型转换作用
// explicit A(int a)
// 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
// 智能指针
A(int a)
: _a(a)
{
cout << "A(int)a" << endl;
}
A(const A& aa)
: _a(aa._a)
{
cout << "A(const A& aa)" << endl;
}
private:
int _a;
int _a1;
int _a2;
};
int main()
{
A aa1(1);
// 拷贝构造
A aa2 = aa1;
// 隐式类型转换
// 内置类型转换为自定义类型
// 3构造一个A的临时对象，在用这个临时对象拷贝构造aa3
// 编译器遇到连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
A aa3 = 3;
// raa 引用的是类型转换中用3构造的临时对象
const A& raa = 3;
return 0;
}
多参数构造
在C++11及以后的版本中，多参数构造函数也支持隐式类型转换。这主要通过列表初始化来实现，即使用花括号{}来初始化对象。
class A
{
public:
// 多参数也支持
// 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
A(int a1, int a2)
: _a(0)
, _a1(a1)
, _a2(a2)
{}
A(const A& aa)
: _a(aa._a)
{
cout << "A(const A& aa)" << endl;
}
private:
int _a;
int _a1;
int _a2;
};
int main()
{
A aaa1(1, 2);
// 拷贝构造
A aa2 = aaa1;
// 编译器遇到连续构造+拷贝构造->优化为直接构造
A aaa2 = { 1, 2 };
const A& aaa3 = { 1, 2 };
return 0;
}上述代码可读性不是很好，用explicit修饰构造函数，将会禁止构造函数的隐式转换。
二、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
面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。
class A {
public:
// 默认构造函数，增加对象计数
A() {
++_scount;
}
// 拷贝构造函数，增加对象计数
A(const A& t) {
++_scount;
}
// 析构函数，减少对象计数
~A() {
// --_scount;
}
// 静态成员函数，返回对象计数
static int GetACount() {
return _scount;
}
private:
// 局部的静态第一个调用时构造初始化
// 静态成员变量，记录对象的数量
static int _scount;
};
// 初始化静态成员变量
int A::_scount = 0;
void TestA() {
// 打印当前对象数量
cout << "Initial count: " << A::GetACount() << endl;
// 创建三个对象，计数器增加
A a1, a2;
A a3(a1);
// 打印当前对象数量
cout << "Count after creation: " << A::GetACount() << endl;
// 当 TestA 函数结束时，a1、a2、a3 会被销毁，对象数量减少
}如果是统计当前还有多少对象存在，则在析构函数中进行 --_scount 操作
两种方法，一种是静态成员变量，另一种是静态成员函数
2.2 特性
- 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
- 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
- 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
- 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
- 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制
【问题】
1. 静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？
静态成员函数不能直接调用非静态成员函数。因为静态成员函数属于类本身，而不是类的任何特定对象实例，而非静态成员函数需要一个对象实例来提供上下文，因此静态成员函数没有this指针。而非静态成员函数需要this指针来访问和修改对象的非静态成员。
2. 非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？
可以。非静态成员函数是依赖于类的对象实例的，但静态成员函数不依赖于任何对象实例。静态成员函数在类加载时已经存在于内存中，属于类本身。因此，非静态成员函数总是可以通过类来调用这些已经存在的静态成员函数。静态成员函数的访问不需要对象实例，所以在非静态成员函数中直接调用静态成员函数是合法的。
例题：JZ64 求1+2+3+...+n
- 当你调用
Sum_Solution(n)时，会创建一个长度为n的Sum对象数组。 - 每次创建一个
Sum对象时，构造函数会将当前的_i值加到_ret中，然后_i递增1。 Sum对象创建的过程如下：- 第1次创建
Sum对象：_i=1，_ret+=1 ->_ret=1,_i=2 - 第2次创建
Sum对象：_i=2，_ret+=2 ->_ret=3,_i=3 - 第3次创建
Sum对象：_i=3，_ret+=3 ->_ret=6,_i=4
- 第1次创建
- 创建完
n个Sum对象后，_ret中存储的就是从1加到n的值。 - 最后通过
Sum::GetRet()返回_ret的值，即从1到n的和。
使用内部类的写法:
class Solution {
class Sum {
public:
Sum() {
_ret += _i;
++_i;
}
};
static int _i;
static int _ret;
public:
int Sum_Solution(int n) {
// 变长数组
Sum arr[n];
return _ret;
}
};
int Solution::_i = 1;
int Solution::_ret = 0;Sum是Solution类的一个嵌套类。- 静态成员
_i和_ret是Solution类的一部分，而Sum类通过Solution类的静态成员进行操作。 - 直接访问
Solution类的静态成员_ret，没有专门的方法来获取_ret
通过类的嵌套与静态成员的配合，这段代码实现了从1到 n 的整数累加功能。与前面的代码相比，静态成员和嵌套类的使用使得代码结构更加紧密，减少了类的独立性。
例题：HJ73 计算日期到天数转换
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int year, month, day;
cin >> year >> month >> day;
int monthDay1_N[13] = {0, 31, 59, 90, 120, 151, 181, 212, 243, 273, 304, 334, 365};
int n = monthDay1_N[month - 1] + day;
if (month > 2 && ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0)))
n += 1;
cout << n << endl;
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:
- 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
- 友元函数不能用const修饰
- 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
- 一个函数可以是多个类的友元函数
- 友元函数的调用与普通函数的调用原理相同
3.2 友元类
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。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。
- 友元关系不能继承，在继承位置再给大家详细介绍。
class Time
{
// 声明 Date是Time的友元
// Date中可以访问Time的私有
// 但是Time中不能访问Date的私有
friend class Date;
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;
};4. 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：
- 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。
- 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。
- sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系（内部类是定义在外部类中的另一个类。它们之间虽然有着紧密的关系，但是存储时是分开的）。
- 外部类和内部类是分开存储的。外部类的对象在内存中占用一块连续的空间，而内部类虽然是在外部类中定义的，但它是一个独立的类，其实例化对象会在另外的内存空间中分配。
class A
{
private:
static int k;
int h;
public:
void func()
{}
// 内部类
// 独立的类，放到A里面
// 仅仅收到类域限制
class B // B天生是A的友元
{
public:
void foo(const A& a)
{
cout << k <<endl;//OK
cout<< a.h <<endl;//OK
}
private:
int _b;
};
};
int main()
{
cout << sizeof(A) << endl;
A a11;
A::B b1;// 不能直接用B定义对象
return 0;
}五、匿名对象
C++中的匿名对象是指在创建对象时不指定对象名，直接使用对象进行操作。这种对象通常用于临时存储数据或者作为函数参数传递。匿名对象的生命周期仅限于当前语句或表达式的作用域。
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
~A()
{
cout << "A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
class Solution
{
public:
int Sum_Solution(int n)
{
//...
return n;
}
};
int main()
{
// 不能这么定义对象，因为编译器无法识别下面是一个函数声明，还是对象定义
//A aa();
// 有名对象的生命周期是当前作用域
A aa1;
A aa2(1);
// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点不用取名字，
// 但是他的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
A(2);
A aa3(1);
Solution s1;
s1.Sum_Solution(10);
Solution().Sum_Solution(10);// 匿名对象的调用
return 0;
}六、拷贝对象时的一些编译器优化
在传参和传返回值的过程中，一般编译器会做一些优化，减少对象的拷贝，这个在一些场景下还是非常有用的。
测试的类A
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
A(int a1, int a2)
{
cout << "A(int a1, int a2)" << endl;
}
A(const A& aa)
:_a(aa._a)
{
cout << "A(const A& aa)" << endl;
}
A& operator=(const A& aa)
{
cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;
if (this != &aa)
{
_a = aa._a;
}
return *this;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};6.1 传参优化
6.1.1 传值传参
优化一般只在同一表达式进行，不能跨表达式优化。
void f1(A a)
{}
int main()
{
A a1 = 1;//构造+拷贝构造——》优化为构造
f1(a1);//无优化，只能在同一表达式进行优化
f1(2);//构造+拷贝构造——》优化为构造
f1(A(3));//构造+拷贝构造——》优化为构造
return 0;
}- 编译器可以在同一表达式内进行优化。例如
A a1 = 1;，在这种情况下，编译器会识别出这是一个对象初始化的过程，可以直接调用构造函数，而不是先创建临时对象再调用拷贝构造函数。 -
当函数调用跨越不同表达式时，编译器无法进行同样的优化。例如
f1(a1)，这里的a1是在之前的表达式中定义的对象，无法在函数调用时进行优化，只能调用拷贝构造函数创建参数副本。
6.1.2 传引用传参
void f1(const A& aa)// 临时对象具有常性
{}
int main()
{
// 引用传参
A aa1;
f1(aa1);
cout << endl;
f1(A(2));
cout << endl;
f1(2);// 单参数构造函数隐式类型转换
cout << endl;
return 0;
}为什么 const & 可以避免复制对象？
临时对象：临时对象通常是在表达式中临时创建的对象，它们的生命周期仅限于表达式范围内。const 引用允许将临时对象绑定到引用上，从而避免了临时对象的拷贝。
引用的生命周期延长：当 const 引用绑定到临时对象时，临时对象的生命周期会被延长到引用的生命周期结束。避免了在函数内部临时对象被销毁后访问非法内存的问题。
引用传参：使用 const & 传参，函数接收的是对象的引用，而不是对象本身。引用仅占用指针大小的空间，不涉及对象的拷贝。因此，传递引用比传递整个对象更加高效。
6.2 返回优化
6.2.1 创建对象再返回
A f2()
{
A aa;
cout << "111111" << endl;
return aa;
}
int main()
{
// 连续一个表达式中, 拷贝构造 + 拷贝构造 -> 优化为一个拷贝构造
A ret = f2();
cout << endl;
// 无法优化, 建议尽量不要这样写
A ret2;
ret2 = f2();
cout << endl;
return 0;
}建议尽量不要这样写的原因：
- 额外的构造和析构开销：首先构造了ret2，然后又构造了f2()返回的临时对象，最后这个临时对象被析构。
- 赋值操作的开销：除了构造开销外，还需要执行赋值操作来更新ret2的状态。
6.2.2 返回匿名对象
A f4()
{
return A();
}
int main()
{
f4();// 构造+拷贝构造——》优化为构造
A a2 = f4();// 构造——》返回值优化，只有构造
}
返回匿名对象的好处：
- 减少开销：返回匿名对象时，编译器可以直接在调用者的上下文中构造对象，避免创建临时对象和不必要的拷贝构造。
- 简洁性：返回匿名对象使代码更简洁，不需要手动管理临时对象的生命周期。
- 避免副作用：匿名对象的生命周期受限于其所在的表达式范围，减少了意外修改或使用未定义对象的风险。
6.3 优化总结
- 函数传参时尽量使用const &传参
- 接收返回对象，尽量以拷贝构造方式接收，不要赋值接收
- 函数中返回对象时，尽量返回匿名对象
七、 再次理解类和对象
现实生活中的实体计算机并不认识，计算机只认识二进制格式的数据。如果想要让计算机认识现实生活中的实体，用户必须通过某种面向对象的语言，对实体进行描述，然后通过编写程序，创建对象后计算机才可以认识。比如想要让计算机认识洗衣机，就需要：
- 用户先要对现实中洗衣机实体进行抽象---即在人为思想层面对洗衣机进行认识，洗衣机有什么属性，有那些功能，即对洗衣机进行抽象认知的一个过程
- 经过1之后，在人的头脑中已经对洗衣机有了一个清醒的认识，只不过此时计算机还不清楚，想要让计算机识别人想象中的洗衣机，就需要人通过某种面相对象的语言(比如：C++、Java、Python等)将洗衣机用类来进行描述，并输入到计算机中
- 经过2之后，在计算机中就有了一个洗衣机类，但是洗衣机类只是站在计算机的角度对洗衣机对象进行描述的，通过洗衣机类，可以实例化出一个个具体的洗衣机对象，此时计算机才能洗衣机是什么东西。
- 用户就可以借助计算机中洗衣机对象，来模拟现实中的洗衣机实体了。
在类和对象阶段，大家一定要体会到，类是对某一类实体(对象)来进行描述的，描述该对象具有那些属性，那些方法，描述完成后就形成了一种新的自定义类型，才用该自定义类型就可以实例化具体的对象。
今天就先到这了！！！
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