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【C++】类与对象（下）

news 2025/9/10 4:27:09

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类与对象（下）

✨前言：在前面两篇文章【类与对象（上）】和【类与对象（中）】我们已经学习了类和对象的基本概念、构造函数与析构函数等重要内容。现在让我们继续探索更多高级特性，包括初始化列表、静态成员、友元关系等，这些将帮助我们编写更高效的面向对象程序。
📖专栏：【C++成长之旅】

一、再探构造函数

前两篇文章我们实现构造函数时，初始化成员变量主要使用函数体内赋值，构造函数初始化还有⼀种方式，就是初始化列表，初始化列表的使用方式是以⼀个冒号开始，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。我们在这继续以日期类为例：

#include<iostream>
using namespace std;class Date
{
public:Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 7):_year(year),_month(month),_day(day){}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
int main()
{Date d1;d1.Print();return 0;
}

输出：2025-9-7。

每个成员变量在初始化列表中只能出现⼀次，语法理解上初始化列表可以认为是每个成员变量定义初始化的地方。
引用成员变量，const成员变量，没有默认构造的类类型变量，必须放在初始化列表位置进行初始化，否则会编译报错。

class A
{
public:A():_a(5), _b(20){}
private:const int _a;const int& _b;
};
int main()
{A a;return 0;
}

如果没有在初始化列表位置进行初始化，否则会编译报错：

至于为什么必须这样做，其实很简单，因为两者都是不可以后续通过赋值修改的，只能在初始化的时候进行。
对于没有默认构造的类类型变量，

class B
{
public:B(int b1, int b2): _b1(b1), _b2(b2){}private:int _b1;int _b2;
};class A
{
public:A() :_b(1,2)  {}private:B _b;
};
int main()
{A a;return 0;
}

对于上面的类B没有默认构造函数，初始化只能通过初始化列表。

C++11支持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显示在初始化列表初始化的成员使用的。

class Date
{
public:Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 7){}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;}
private:int _year = 2024;int _month = 1;int _day = 1;
};int main()
{Date d1;d1.Print();return 0;
}

输出：2024-1-1。

所以我们尽量使用初始化列表初始化，因为那些你不在初始化列表初始化的成员也会走初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会用这个缺省值初始化。如果你没有给缺省值，对于没有显示在初始化列表初始化的内置类型成员是否初始化取决于编译器，C++并没有规定。对于没有显示在初始化列表初始化的自定义类型成员会调用这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误。

class Date
{
public:Date(int year = 2025, int month = 9, int day = 7):_year(year){}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day;}
private:int _year = 2024;int _month = 1;int _day;
};int main()
{Date d1;d1.Print();return 0;
}

输出：2025-1--858993460，可见，有一个随机值。

我们可以来看一个题：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a):_a1(a), _a2(_a1){ }void Print() {cout << _a1 << " " << _a2 << endl;}
private:int _a2 = 2;int _a1 = 2;
};
int main()
{A aa(1);aa.Print();
}

答案是 1 随机值，解释：
初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进行初始化，跟成员在初始化列表出现的的先后顺序无关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持⼀致。

二、类型转换

C++支持内置类型隐式类型转换为类类型对象，需要有相关内置类型为参数的构造函数。
构造函数前面加explicit就不再支持隐式类型转换。
类类型的对象之间也可以隐式转换，需要相应的构造函数支持。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:// 构造函数explicit就不再支持隐式类型转换 // explicit A(int a1)A(int a1):_a1(a1){}//explicit A(int a1, int a2)A(int a1, int a2):_a1(a1), _a2(a2){}void Print(){cout << _a1 << " " << _a2 << endl;}int Get() const{return _a1 + _a2;}
private:int _a1 = 1;int _a2 = 2;
};
class B
{
public:B(const A& a):_b(a.Get()){}
private:int _b = 0;
};
int main()
{// 1构造一个A的临时对象，再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 aa1 = 1;aa1.Print();const A& aa2 = 1;// C++11之后才支持多参数转化 A aa3 = { 2,2 };// aa3隐式类型转换为b对象 // 原理跟上面类似 B b = aa3;const B& rb = aa3;return 0;
}

三、static成员

用static修饰的成员变量，称之为静态成员变量，静态成员变量⼀定要在类外进行初始化。

class A
{
public:private://定义static int i;
};
//初始化
int A::i = 10;

静态成员变量为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，不存在对象中，存放在静态区。

class A
{
public:private:static int i;
};int A::i = 10;int main()
{cout << sizeof(A) << endl;return 0;
}

输出：1

用static修饰的成员函数，称之为静态成员函数，静态成员函数没有this指针。
静态成员函数中可以访问其他的静态成员，但是不能访问非静态的，因为没有this指针。
非静态的成员函数，可以访问任意的静态成员变量和静态成员函数。
突破类域就可以访问静态成员，可以通过类名::静态成员或者对象.静态成员来访问静态成员变量和静态成员函数。
静态成员也是类的成员，受public、protected、private访问限定符的限制。
静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是个构造函数初始化列表的，静态成员变量不属于某个对象，不走构造函数初始化列表。

四、友元

对于友元，我们上一篇文章已经用过了：

现在来正式学习一下吧：

友元提供了⼀种突破类访问限定符封装的方式，友元分为：友元函数和友元类，在函数声明或者类声明的前面加friend，并且把友元声明放到⼀个类的里面。
外部友元函数可访问类的私有和保护成员，友元函数仅仅是⼀种声明，他不是类的成员函数（没有this指针，别搞混了）。
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。
友元类中的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私有和保护成员。
友元类的关系是单向的，不具有交换性，比如A类是B类的友元，但是B类不是A类的友元。
友元类关系不能传递，如果A是B的友元，B是C的友元，但是A不是C的友元。
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。
友元关系只允许访问类的成员，但并不继承类的成员函数。
友元这里我们只是讲了它的概念，它的使用很简单，我们前面也已经使用过了，就不做演示了。

五、内部类

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，跟定义在全局相比，他只是受外部类类域限制和访问限定符限制，所以外部类定义的对象中不包含内部类。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
private:int _h = 1;
public:class B {int _b1;};
};
int main()
{cout << sizeof(A) << endl;return 0;
}

输出：4，可见，外部类定义的对象中不包含内部类。

内部类默认是外部类的友元类。
内部类本质也是⼀种封装，当A类跟B类紧密关联，A类实现出来主要就是给B类使用，那么可以考虑把A类设计为B的内部类，如果放到private/protected位置，那么A类就是B类的专属内部类，其他地方都用不了。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
private:static int _k;int _h = 1;
public:class B // B默认就是A的友元 {public:void foo(const A& a){cout << _k << endl; //OKcout << a._h << endl; //OK}int _b1;};
};
int A::_k = 1;
int main()
{A::B b;A aa;b.foo(aa);return 0;
}

六、匿名对象

用类型(实参)定义出来的对象叫做匿名对象，相比之前我们定义的类型对象名(实参)定义出来的叫有名对象
匿名对象生命周期只在当前⼀行，⼀般临时定义⼀个对象当前用⼀下即可，就可以定义匿名对象。

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()
{A aa1;//A aa1();// 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 // 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，A();A(1);// 匿名对象在这样场景下就很好用，当然还有一些其他使用场景Solution().Sum_Solution(10);return 0;
}

七、对象拷贝时的编译器优化

现代编译器会为了尽可能提高程序的效率，在不影响正确性的情况下会尽可能减少⼀些传参和传返回值的过程中可以省略的拷贝。
但是C++标准对于如何优化并没有严格规定，各个编译器会根据情况自行处理。当前主流的相对新⼀点的编译器对于连续⼀个表达式步骤中的连续拷贝会进行合并优化，有些更新更"激进"的编译器还会进行跨行跨表达式的合并优化。
这个就不展开说了，后续有时间会专门出一期测试的。