C++——类和对象3

1.再探构造函数

之前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，初始化列表的是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。

格式如下：

	MyQueue(int n):_pushst(n), _popst(n){//不管函数体里面有没有东西都要写 { }}

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，否则编译报错。（这三类必须在定义的时候（初始化列表）就初始化）

class MyQueue
{
public:MyQueue(int n,int& rx):_pushst(n),_popst(n),_ref(rx),_i(1){//不管函数体里面有没有东西都要写 { }}//有三类成员变量必须在定义的时候初始化：//1.没有默认构造的（例如：栈）——默认构造是不传参就可以调用，但是没有默认构造就必须传参，所以就必须要在初始列表中初始化//2.const成员变量——只有一次修改它的机会就是定义//3.引用成员变量
private://声明Stack _pushst;Stack _popst;int& _ref;  // ref是x的别名const int _i;
};int main()
{int x = 0;//对象整体定义MyQueue q(1000,x);return 0;
}

普通的变量可以在定义的时候初始化，也可以先定义再初始化

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。

调试结果：

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。

调试结果：

class MyQueue
{
public:MyQueue():_pushst(2000),_size(1),_a((int*)malloc(40)){//尽量使用初始化列表，还需要进一步检查或处理//再继续使用函数体处理if (_a == nullptr){//...}else{for (size_t i = 0; i < 10; i++){_a[i] = i;}}}private://成员变量声明//C++ 声明给缺省值Stack _pushst = 1000;Stack _popst = 1000;int _size = 0;int* _a;};

上面的写法并不推荐：（推荐以下写法）

1.全部初始化列表显式初始化 

2.全部缺省值

3.尽量不要上面二者混着用

初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序（是在内存中放的顺序，本质上是按照放在内存中的先后顺序初始化的）进行初始化，跟成员在初始化列表出现的先后顺序无关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持一致。

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();
}

输出结果：

分析：

1.跟缺省值没关系，因为显示初始化了就用显式初始化的值，没有显式在初始化列表初始化才用缺省值

2.

3.先执行的是 _a2，再执行的是 _a1：

所以 _a2 是随机值，_a1 是 1

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;//栈的实现
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:Stack(int n = 4){cout << "Stack(int n = 4)" << endl;  // 无实际意义，方便我们看_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);if (nullptr == _a){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = n;_top = 0;}//深拷贝//st2(st1)Stack(const Stack& st){_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);if (nullptr == _a){perror("malloc fail!");return;}memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);_top = st._top;_capacity = st._capacity;}//st1 =  st3//st1 = st1 //深拷贝的类的赋值重载和拷贝构造代价都是很大的，不到万不得已的时候深拷贝的类不要去拷贝Stack& operator=(const Stack& st){if (this != &st){//1.先释放st1空间free(_a);//2.开一样大的空间_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * st._capacity);if (nullptr == _a){perror("malloc fail!");return *this;}//3.拷贝值到新的空间memcpy(_a, st._a, sizeof(STDataType) * st._top);_top = st._top;_capacity = st._capacity;}return *this;}void Push(STDataType x){if (_top == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity *sizeof(STDataType));if (tmp == NULL){perror("realloc fail");return;}_a = tmp;_capacity = newcapacity;}_a[_top++] = x;}void Pop(){_a[_top - 1] = -1;_top--;}int Top(){return _a[_top - 1];}~Stack(){cout << "~Stack()" << endl;free(_a);_a = nullptr;_top = _capacity = 0;}
private:STDataType* _a;size_t _capacity;size_t _top;
};class MyQueue
{
private:Stack _pushst;Stack _popst;
};int main()
{MyQueue q;return 0;
}

运行结果：

默认只给4个空间，那应该怎样控制呢？？？

必须显示的给MyQueue提供构造，所以就引入了C++中的初始化列表

1.使用初始化列表来解决

class MyQueue
{
public:MyQueue(int n):_pushst(n), _popst(n){//不管函数体里面有没有东西都要写 { }}
private:Stack _pushst;Stack _popst;
};int main()
{MyQueue q(1000);return 0;
}

调试结果：

2.不使用初始化列表来解决的话，栈不提供默认构造函数

不提供默认构造函数，编译器自动提供的默认构造函数不满足我们的需求，就要显示的写MyQueue的默认构造，两个成员Stack _pushst;和Stack _popst;要进行初始化，就要用到初始化列表

初始化列表总结：

无论是否显式写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表；

无论是否在初始化列表显示初始化成员变量，每个成员变量都要走初始化列表初始化；

2.类型转换

C++支持内置类型隐式类型转换为类类型对象（通过对应的构造函数来支持），需要有相关内置类型为参数的构造函数

构造函数前面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。

class A
{
public: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;
};
int main()
{// 构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa3// 编译器遇到连续构造+拷⻉构造->优化为直接构造A aa1(1);A aa1(1, 1);//单参数的//也可以这样写：A aa3 = 1;//本质是一个类型转换const A& aa4 = 1;//多参数的A aa5 = { 2,2 };const A& aa6 = { 2,2 };return 0;
}

感觉类型转换设计的没有意义（这是错误的）

类型转换使得上面的写法变得更便捷一些

但是依然支持显示的类型转换：

自定义类型之间的转换。

内置类型的对象转换为自定义类型对象 （依靠构造函数去支持）
之前C语言的内置类型和内置类型之间的转换要有一定关联的才能转换，例如：整形之间、整形与浮点数、整形和指针（地址编号，也是一种大小）、指针之间

3.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://类里面声明static int _scount;
};//类外面初始化
int A::_scount = 0;

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。

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。

class A
{
public:
//private://类里面声明static int _scount;
};//类外面初始化
int A::_scount = 0;int main()
{cout << sizeof(A) << endl;cout << A::_scount << endl;A aa1;A aa2;cout << aa1._scount << endl;cout << aa2._scount << endl;return 0;
}

运行结果：

静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是给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。

//实现一个计算程序中创建出了多少个类对象？？
class A
{
public:A(){++_scount;}A(const A& t){++_scount;}~A(){//--scount;}static int GetAcount(){//++_a1;return _scount;}private://类里面声明：static int _scount;int _a1 = 1;int _a2 = 1;
};//类外面初始化
int A::_scount = 0;int main()
{cout << A::GetAcount() << endl;A a1, a2;A a3(a1);cout << A::GetAcount() << endl;cout << a1.GetAcount() << endl;//error C2248: “A::_scount”: 无法访问 private 成员(在“A”类中声明)//cout << A::_scount << endl;return 0;
}

运行结果：

牛客网题目：（在牛客网界面中是支持变长数组的，vs下是不支持的，但是可以用new来解决，后面会提到）

4.友元

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上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。

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。

void func(const A& aa, const B& bb)
{cout << aa._a1 << endl;cout << bb._b1 << endl;
}

func这个函数既有A类里面的私有成员，也有B类里面的私有成员，所以func函数在A类里面添加友元函数，也要在B类里面添加友元函数。

// 前置声明，否则A的友元函数声明编译器不认识B
class B;
class A
{// 友元声明friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:int _a1 = 1;int _a2 = 2;
};
class B
{// 友元声明friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:int _b1 = 3;int _b2 = 4;
};
void func(const A& aa, const B& bb)
{cout << aa._a1 << endl;cout << bb._b1 << endl;
}int main()
{A aa;B bb;func(aa, bb);return 0;
}

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。

class A
{// 友元声明friend class B;
private:int _a1 = 1;int _a2 = 2;
};
class B
{
public:void func1(const A& aa){cout << aa._a1 << endl;cout << _b1 << endl;}void func2(const A& aa){cout << aa._a2 << endl;cout << _b2 << endl;}
private:int _b1 = 3;int _b2 = 4;
};
int main()
{A aa;B bb;bb.func1(aa);bb.func1(aa);return 0;
}

上面的代码只能支持B能访问A类的私有和保护成员，但是A类是不能访问B类中的私有和保护成员。如果想要A类可以访问B类中的成员，代码如下：

class B
{
public:void func1(const A& aa){cout << aa._a1 << endl;cout << _b1 << endl;}void func2(const A& aa){cout << aa._a2 << endl;cout << _b2 << endl;}
private:int _b1 = 3;int _b2 = 4;
};

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。（适度的使用友元）

5.内部类

如果一个类定义在另一个类的内部，这个类就叫做内部类。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。

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。

class A 
{
private://类里面定义static int _k;int _h = 1;
public:class B  //默认B就是A的友元，那么B里面就可以使用A的成员{public:void foo(const A& a){cout << _k << endl;cout << a._h << endl;}int _b1 = 1;int _b2 = 1;};};
//类外面声明
int A::_k = 1;int main()
{cout << sizeof(A) << endl;A::B bb1;return 0;
}

再对上面的牛客网的那道题进行修改，使用内部类将两个类之间的关系变得更加紧密：

class Solution{//内部类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;

6.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;
};int main()
{A aa1;     //有名对象A aa2(2);  //有名对象//不能这样定义对象，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 aa1();////但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点就是不用取名字//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();   //匿名对象A(1);  //匿名对象return 0;
}

运行结果：

匿名对象像是一次性的杯子，用完就销毁了

匿名对象是我们自己主动创建的，临时对象是编译器根据情况自己产生的（例如传值返回、类型转换），在不同的场景下产生的。

可以引用有名对象，但是引用匿名对象是不行的，因为在这一行之后就结束了，因为匿名对象和临时对象都具有常性，所以要加上const，但是const引用会延长匿名对象的生命周期，匿名对象的生命周期跟着引用走，ref2销毁，匿名对象A()才会销毁：

A& ref1 = aa1;  //可以引用有名对象的
const A& ref2 = A();  //引用匿名对象，加上const

匿名对象的作用：

1.匿名对象的调用会简便一些

2.自定义类型做参数时，用匿名对象做缺省参数

代码如下：

//自定义类型做参数，用匿名对象做缺省参数
void func2(const A& aa =A())//参数类型是A类型，缺省参数不好给，会用到匿名对象给参数//自定义类型不建议传值，建议用引用，用引用加上const
{}int main()
{//有名对象调用Solution s1;s1.Sum_Solution(10);//匿名对象调用——没有其他的价值，就是想要简便一些Solution().Sum_Solution(10);func2();func2(aa1);return 0;}

7.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。

如何优化C++标准并没有严格规定，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。

linux下可以将下面的代码拷贝到 test.cpp文件，编译时用：g++ test.cpp -fno-elide-constructors 的方式关闭构造相关的优化。

1.类型转化过程中

class A
{
public:A(int a = 0):_a1(a){cout << "A(int a)" << endl;}A(const A& aa):_a1(aa._a1){cout << "A(const A& aa)" << endl;}A& operator=(const A& aa){cout << "A& operator=(const A& aa)" << endl;if (this != &aa){_a1 = aa._a1;}return *this;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a1 = 1;
};int main()
{//构造+拷贝构造  --->  优化为直接构造A aa1 = 1;  //类型转化：1会构造产生临时对象，临时对象再拷贝构造  —— 编译器优化为直接的构造//直接构造A aa2(1);//aa1 和 aa2结果一样但是过程不一样return 0;}

vs2022运行结果：

linux下运行结果：

2.在传参的时候也会有优化：

void f1(A aa)
{}int main()
{A aa1(1);f1(aa1);return 0;
}

vs2022运行结果：

上述代码：传有名对象没办法优化，构造+拷贝构造

void f1(A aa)
{}int main()
{//A aa1(1);//f1(aa1);f1(1); //构造+拷贝构造 ————> 优化为构造f1(A(1));  //构造+拷贝构造 ————> 优化为构造return 0;
}

vs2022运行结果： 

但是传类型转换这种方式和传匿名对象都会优化，优化为直接构造

linux下运行结果：

3.传返回值的地方

A f2()
{A aa;return aa;  //传回的不是 aa 作为f2()函数调用的返回值; ，而是会生成一个临时对象}
int main()
{	//传值返回//不优化的情况下传值返回，编译器会生成一个拷贝返回对象的临时对象作为函数调用表达式的返回值//无优化（vs2019 debug）//一些编译器会优化得更厉害，将构造的局部对象和拷贝构造的临时对象优化为直接构造（vs 2022 debug）f2();  //虽然这里有返回对象，但是并没有用这个返回对象，所以就会（在vs2022中）再优化cout << endl;return 0;
}

vs2019运行结果：

vs2019下未优化：构造+拷贝构造

vs2022运行结果：（已经优化了）

linux下的运行环境：

日常不会这样使用：

更多的是这样的使用：

int main()
{A aa2 = f2();cout << endl;return 0;
}

linux下的运行结果：（构造+拷贝构造+拷贝构造）

实际的结果不是构造+拷贝构造+拷贝构造

vs 2019运行：（构造+拷贝构造）

vs 2022运行结果：（只剩一次构造了）

总结：

验证aa是aa2的别名：

A f2()
{A aa;  //构造cout << &aa << endl;return aa;}int main()
{A aa2 = f2();cout << &aa2 << endl;return 0;
}

4.有时候，我们写的东西会干扰编译器的优化：

A f2()
{A aa;return aa;  
}int main()
{A aa2;	//先去定义出来aa2 = f2(); //再去赋值
}

vs2019运行结果：

vs2022运行结果：

编译器的优化结果受干扰。