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Day6-3 类型转换函数和类域

1. 类型转换函数（Type Conversion Functions）

1.1 概述

类型转换函数用于将类的对象转换为其他类型，满足以下特点：

• 是类的成员函数，不能是友元函数或非成员函数。
• 没有参数列表（即必须是 () 空参数）。
• 没有返回类型声明，即不能显式声明 void 或其他返回类型。
• 使用 return 语句返回目标类型的变量。

1.2 代码示例

#include <iostream>using namespace std;class Complex
{friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& rhs);public:Complex(int real = 0, int imag = 0)  : _real(real), _imag(imag){cout << "Complex(int, int) 构造函数" << endl;}~Complex(){cout << "~Complex 析构函数" << endl;}void display() const{cout << _real << " + " << _imag << "i" << endl;}int getReal() const { return _real; }int getImag() const { return _imag; }private:int _real;int _imag;
};// 重载输出运算符，使 Complex 可以被 cout 直接输出
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Complex& rhs)
{os << rhs._real << " + " << rhs._imag << "i";return os;
}class Point
{friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& rhs);public:Point(int x = 0, int y = 0) : _x(x), _y(y){cout << "Point(int, int) 构造函数" << endl;}// **类型转换函数**operator int() const{cout << "operator int()" << endl;return _x + _y;}operator double() const{cout << "operator double()" << endl;return _y == 0 ? 0.0 : static_cast<double>(_x) / _y;}operator Complex() const{cout << "operator Complex()" << endl;return Complex(_x, _y);}~Point(){cout << "~Point 析构函数" << endl;}// **类型转换构造函数**explicit Point(const Complex& rhs): _x(rhs.getReal()), _y(rhs.getImag()){cout << "Point(const Complex&) 类型转换构造函数" << endl;}void print() const{cout << "(" << _x << ", " << _y << ")" << endl;}private:int _x;int _y;
};// 重载输出运算符，使 Point 可以被 cout 直接输出
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& rhs)
{os << "(" << rhs._x << ", " << rhs._y << ")";return os;
}void testTypeConversion()
{Point pt(3, 4);cout << "Point pt: " << pt << endl;int intValue = pt;  cout << "转换为 int: " << intValue << endl;double doubleValue = pt;cout << "转换为 double: " << doubleValue << endl;Complex comValue = pt;cout << "转换为 Complex: " << comValue << endl;
}int main()
{testTypeConversion();return 0;
}

1.3 关键优化

✅ 类型转换构造函数增加 explicit，防止隐式转换导致潜在错误。
✅ 类型转换函数添加 const，保证 Point 的成员变量不会被修改。
✅ operator double() 处理 _y == 0 情况，避免除零异常。
✅ 优化 Complex 相关代码，消除 friend 冗余，提高可读性。

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2. 类域（Class Scope）

2.1 作用域 vs 可见域

• 作用域（Scope）：指变量在代码中的可访问范围，影响变量的解析方式。
• 可见域（Visibility）：变量是否在当前上下文可见，受 private、protected、public 修饰符影响。
• 作用域 ≥ 可见域，如果没有命名冲突，二者相等。

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2.2 代码示例

#include <iostream>using namespace std;int globalNumber = 50;  // **全局作用域变量**namespace ceshi
{int namespaceNumber = 20;  // **命名空间作用域**class Test{public:Test(int value = 100) : number(value) {}void print(int number){cout << "局部变量 number: " << number << endl;cout << "成员变量 number: " << this->number << endl;cout << "类作用域 number: " << Test::number << endl;cout << "命名空间 ceshi::number: " << ceshi::namespaceNumber << endl;cout << "全局变量 globalNumber: " << ::globalNumber << endl;}private:int number;  // **类成员变量**};
} // namespace ceshivoid testScope()
{int localValue = 3000;ceshi::Test obj;obj.print(localValue);
}int main()
{testScope();return 0;
}

2.3 关键优化

✅ 清晰划分不同作用域：全局作用域 ::、命名空间 ceshi::、类作用域 this-> 和 Test::。
✅ 增强 print() 方法输出格式，更直观理解变量的作用域。
✅ 消除不必要的析构函数，提升代码简洁性。
✅ 代码格式调整，增强可读性。

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3. 内部类（Nested Class）

内部类（Nested Class）是指在一个类的定义内部再定义一个类。内部类在逻辑上属于外部类的一部分，但具有自己的作用域。

3.1 内部类的定义

#include <iostream>
using namespace std;class Outer {
public:class Inner { // 内部类public:void display() {cout << "This is Inner class" << endl;}};
};void test() {Outer::Inner obj; // 创建内部类对象obj.display();
}int main() {test();return 0;
}

特点：

1. 内部类的作用域受外部类的限制。
2. 内部类的对象可以通过 外部类::内部类 的方式创建。
3. 内部类可以访问外部类的 public 和 protected 成员，但不能直接访问 private 成员（除非使用 friend 关键字）。

3.2 访问外部类的 private 成员

如果内部类需要访问外部类的 private 成员，可以将其声明为 friend。

class Outer {
private:int _data = 10;public:class Inner {public:void display(Outer& obj) {cout << "Outer data: " << obj._data << endl;}};
};void test2() {Outer outerObj;Outer::Inner innerObj;innerObj.display(outerObj);
}

3.3 静态内部类

静态内部类不能访问外部类的非静态成员。

class Outer {
public:static class StaticInner {public:void show() {cout << "This is a static inner class" << endl;}};
};void test3() {Outer::StaticInner obj;obj.show();
}

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4. 作用域运算符（Scope Resolution Operator ::）

作用域运算符 :: 用于指定变量、函数或类所属的作用域，主要应用如下：

4.1 访问全局变量

#include <iostream>
using namespace std;int number = 100;void test() {int number = 50;cout << "Local number: " << number << endl;cout << "Global number: " << ::number << endl;
}

4.2 访问命名空间内的变量

namespace A {int value = 10;
}namespace B {int value = 20;
}void test2() {cout << "A::value = " << A::value << endl;cout << "B::value = " << B::value << endl;
}

4.3 访问类的静态成员

class Demo {
public:static int data;
};int Demo::data = 50;void test3() {cout << "Static data: " << Demo::data << endl;
}

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5. 类型转换运算符（Type Casting Operators）

C++ 提供了四种类型转换运算符：

1. static_cast：用于基本类型之间的转换。
2. dynamic_cast：用于多态类型的安全转换。
3. const_cast：用于去除 const 或 volatile 修饰符。
4. reinterpret_cast：用于不同类型指针之间的转换。

5.1 static_cast 用法

void test_static_cast() {double num = 10.5;int intNum = static_cast<int>(num);cout << "Converted value: " << intNum << endl;
}

5.2 dynamic_cast 用法

class Base {
public:virtual void show() {}
};class Derived : public Base {
public:void show() {cout << "Derived class" << endl;}
};void test_dynamic_cast() {Base* basePtr = new Derived();Derived* derivedPtr = dynamic_cast<Derived*>(basePtr);if (derivedPtr) {derivedPtr->show();}delete basePtr;
}

5.3 const_cast 用法

void test_const_cast() {const int num = 42;int* ptr = const_cast<int*>(&num);*ptr = 10;cout << "Modified value: " << *ptr << endl;
}

5.4 reinterpret_cast 用法

void test_reinterpret_cast() {int num = 65;char* ch = reinterpret_cast<char*>(&num);cout << "Reinterpreted value: " << *ch << endl;
}

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6. 关键字 explicit 与类型转换

默认情况下，C++ 允许构造函数进行隐式类型转换，但 explicit 关键字可以禁止这种行为。

6.1 隐式转换

class Demo {
public:Demo(int x) { cout << "Demo(int)" << endl; }
};void test_implicit_conversion() {Demo obj = 10; // 隐式调用 Demo(int)
}

6.2 使用 explicit 禁止隐式转换

class Demo {
public:explicit Demo(int x) { cout << "Demo(int)" << endl; }
};void test_explicit() {// Demo obj = 10; // 错误！隐式转换被禁止Demo obj(10);    // 正确
}

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7. 总结

1. 内部类 是定义在另一个类内部的类，具有自己的作用域，并且可以是 static。
2. 作用域运算符 :: 用于访问不同作用域的变量或函数。
3. 类型转换运算符 提供更安全、可控的转换方式。
4. explicit 关键字 可以防止构造函数的隐式转换。

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