椋鸟C++笔记#4：类的初始化与封装 - C++笔记 - 计算机科学

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萌新的学习笔记，写错了恳请斧正。

# 初始化列表

在类的构造函数的函数名后可以加上这么一串结构，称之为初始化列表：

	class Date
	{
	public:
	Date(int year, int month, int day)
	: m_year(year) // 定义与初始化
	, m_month(month)
	, m_day(day)
	{}

	Date(int year)
	: m_year(year)
	, m_month(1)
	, m_day(1)
	{}

	private:
	int m_year; // 声明
	int m_month;
	int m_day;
	};

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。

一个对象在实例化时，就是在初始化列表这里完成变量的定义与初始化的。如果没有初始化列表，也同样是在这里（正式进入构造函数前）完成定义。

注意：

每个成员变量在初始化列表中只能出现一次（只能初始化一次）。
类中如果包含以下成员，必须放在初始化列表的位置进行初始化（因为定义在这里，而这些类型必须在定义时完成初始化）：
- 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
为了统一，尽量使用初始化列表进行初始化。
成员变量在类中的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。
比方说这样就是不行的，因为 m_1 声明在前，此时使用未完成定义的 m_2 来初始化是非法的：
class A
{
public:
A(int a)
: m_2(a)
, m_1(m_2)
{}
private:
int m_1; // 声明
int m_2;
};

# 隐式转换与 explicit 关键字

# 隐式转换

对于接受单参构造函数，有这样一个额外的功能，就是隐式类型转换。

接受单参构造函数有以下几种：

构造函数只有一个参数。
构造函数有多个参数，但只有第一个参数没有默认值。
全缺省构造函数。

以下面个类为例：

	class Date
	{
	public:
	Date(int year)
	: m_year(year)
	, m_month(1)
	, m_day(1)
	{}

	private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
	};

我们可以写这样一段代码而符合语法：

	void Test()
	{
	Date d1(2023);
	d1 = 2024;
	}

这里直接将 2024 赋值给 d1，就是一个隐式类型转换，将整型变为 Date 类类型。

过程其实分为三步：

编译器首先创建了一个临时的 Date 类对象。
编译器调用单参构造函数使用 2024 初始化了这个临时对象。
编译器再将这个临时对象调用赋值运算符重载（ operator= ）复制给 d1。

（部分情况下编译器会优化这个过程导致步骤减少）

# explicit 关键字

使用 explicit 关键字修饰的构造函数将被禁止隐式类型转换。

比方说下面这段代码就会报错：

	class Date
	{
	public:
	explicit Date(int year)
	: m_year(year)
	, m_month(1)
	, m_day(1)
	{}

	private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
	};

	void Test()
	{
	Date d1(2023);
	d1 = 2024;
	}

# static 成员

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。

比方说下面这个类具有统计已有对象数量的功能：

	class A
	{
	public:
	A() { ++m_cnt; }
	A(const A& t) { ++m_cnt; }
	~A() { --m_cnt; }
	static int GetCnt() { return m_cnt; }
	static int m_cnt;
	};

	int A::m_cnt = 0;

# static 成员的特性

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（低权限）。
静态成员也是类的成员，受 public、protected、private 访问限定符的限制。

# 友元

友元是一种突破封装的方式，有时能为我们提供便利。但是友元会增加耦合度，破坏封装，不可滥用。

# 友元函数

我们尝试重载函数时，没有去实现流输入操作符与流输出操作符的重载。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，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。但这会导致类外没办法访问成员（直接将成员设置为公有是破坏封装的不可取的行为），此时就需要友元函数来解决这个问题。

	#include <iostream>

	using namespace std;

	class Date
	{
	public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
	m_year = year;
	m_month = month;
	m_day = day;
	}

	friend ostream& operator<<(ostream& os, const Date& date);
	friend istream& operator>>(istream& is, Date& date);

	private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
	};

	ostream& operator<<(ostream& os, const Date& date)
	{
	os << date.m_year << "-" << date.m_month << "-" << date.m_day;
	return os;
	}

	istream& operator>>(istream& is, Date& date)
	{
	cout << "请输入年月日(使用空格分割)：>";
	is >> date.m_year >> date.m_month >> date.m_day;
	return is;
	}

	int main()
	{
	Date date1(2024, 5, 25);
	Date date2(2024, 5, 26);
	cout << date1 << endl << date2 << endl;

	cin >> date1;
	cout << date1 << endl;

	return 0;
	}

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。

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。

# 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。
友元关系不能传递。如果 B 是 A 的友元，C 是 B 的友元，那么不能说明 C 是 A 的友元，不能访问 A 的非公有成员。
友元关系不能继承。这个先记住就行，后面继承的时候再说。

	#include <iostream>

	using namespace std;

	class Date
	{
	friend class Time;

	public:
	Date(int y, int m, int d)
	: m_year(y)
	, m_month(m)
	, m_day(d)
	{}

	void show()
	{
	cout << m_year << "-" << m_month << "-" << m_day << endl;
	}

	private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;
	};

	class Time
	{
	public:
	Time(int h, int m, int s, int y, int month, int d)
	: m_hour(h)
	, m_minute(m)
	, m_second(s)
	, m_date(y, month, d)
	{}

	void show()
	{
	cout << m_hour << ":" << m_minute << ":" << m_second << endl;
	m_date.show();
	}

	private:
	int m_hour;
	int m_minute;
	int m_second;
	Date m_date;
	};

	int main()
	{
	Time t(12, 23, 34, 2020, 5, 30);
	t.show();

	return 0;
	}

# 内部类

如果一个类定义在另外一个类的内部，那这个类就是内部类。

但是，假设类 B 定义在类 A 的内部，类 B 和类 A 依旧是独立的，并不是说外部类就能直接访问内部类。反而是内部类可以直接访问外部类中的静态成员。

在有外部类的对象参数的情况下，内部类可以借此访问外部类中的所有成员。

或者说，内部类可以认为就是一种特殊的外部类的友元类。

	#include <iostream>

	using namespace std;

	class A
	{
	public:
	class B
	{
	public:
	void show(const A& AA)
	{
	cout << a << endl;
	cout << AA.b << endl;
	}
	};

	private:
	static int a;
	int b;
	};

	int A::a = 10;

	int main()
	{
	A::B BB;
	BB.show(A());

	return 0;
	}

注意：

内部类定义在类的 public、protected、private 都是可以的。
内部类可以直接访问外部类的 static 成员，不需要类名。
如果用 sizeof 去取外部类的大小，不用考虑内部类，直接当做没有内部类即可，与结构体嵌套有很大区别。

但是即使我们说内部类可以理解为外部类的友元类，我们可以把上面的时间类写成这样吗：

	#include <iostream>

	using namespace std;

	class Date
	{
	public:
	Date(int y, int m, int d)
	: m_year(y)
	, m_month(m)
	, m_day(d)
	{}

	void show()
	{
	cout << m_year << "-" << m_month << "-" << m_day << endl;
	}

	private:
	int m_year;
	int m_month;
	int m_day;

	class Time
	{
	public:
	Time(int hh, int mm, int ss, int y, int m, int d)
	: m_hour(hh)
	, m_minute(mm)
	, m_second(ss)
	, m_date(y, m, d)
	{}

	void show(const Date& dd)
	{
	cout << m_hour << ":" << m_minute << ":" << m_second << endl;
	cout << dd.m_year << "-" << dd.m_month << "-" << dd.m_day << endl;
	}

	private:
	int m_hour;
	int m_minute;
	int m_second;
	};
	};

	int main()
	{
	Date::Time t(10, 20, 30, 2020, 5, 30);

	return 0;
	}

答案是否定的，此时报错：不允许使用不完整的类型。

在 C++ 中，一个类在其自身完整定义之前不能实例化其自身的对象。 Date 类试图在其内部类 Time 中实例化 Date 类型的 m_date 成员，这导致了编译错误。

# 匿名对象

就像匿名结构体一样，类也有匿名对象。

匿名对象是指在创建时不赋予显式名称的对象。匿名对象通常用于一次性使用的场景，尤其是在不需要在其他地方引用该对象的情况下。匿名对象的生命周期只在当前行。

	#include <iostream>

	using namespace std;

	class A
	{
	public:
	A(int k)
	: m_m(k)
	{}

	~A() {}

	int GetSquare()
	{
	return m_m * m_m;
	}

	private:
	int m_m;
	};

	void test()
	{
	// 有名对象计算平方
	A a(2);
	cout << a.GetSquare() << endl;

	// 匿名对象计算平方
	cout << A(2).GetSquare() << endl;
	}

C++ 类

	class A
	{
	public:
	A(int a)
	: m_2(a)
	, m_1(m_2)
	{}

	private:
	int m_1; // 声明
	int m_2;
	};