C++奇迹之旅：类和对象const成员&&static关键字&&友元&&内部类

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发布于 2024-05-04 08:58:36

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发布于 2024-05-04 08:58:36

?const成员

? const 成员函数是什么？

const 成员函数是指在类中被声明为 const 的成员函数将const修饰的“成员函数”称之为const成员函数，const修饰类成员函数，实际修饰该成员函数隐含的this指针，表明在该成员函数中不能对类的任何成员进行修改。

我们来看看下面的代码

class Date
{
public:
	Date(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	void Print()
	{
		cout << "Print()" << endl;
		cout << "year:" << _year << endl;
		cout << "month:" << _month << endl;
		cout << "day:" << _day << endl << endl;
	}
	void Print() const
	{
		cout << "Print()const" << endl;
		cout << "year:" << _year << endl;
		cout << "month:" << _month << endl;
		cout << "day:" << _day << endl << endl;
	}
private:
	int _year; // 年
	int _month; // 月
	int _day; // 日
};
int main()
{
	Date d1(2022, 1, 13);
	d1.Print();
	const Date d2(2022, 1, 13);
	d2.Print();

	return 0;
}

请思考下面的几个问题：

const对象可以调用非const成员函数吗？答: 不可以。const 对象的权限被限制了,不能调用可能修改对象状态的非 const 成员函数。这会导致权限的放大,编译时会报错。
非const对象可以调用const成员函数吗？答:可以。这是权限的放小,因为 const 成员函数的权限被限制了。
const成员函数内可以调用其它的非const成员函数吗？答: 不可以。这也是权限的放小,因为 const 成员函数的权限被限制了。
非const成员函数内可以调用其它的const成员函数吗？答: 可以。这是权限的放小,因为 const 成员函数的权限被限制了。

小结：const 关键字的使用只会导致权限的放小,不会导致权限的放大。对成员变量只读时，建议加上const关键字，需要修改成员变量，不能加const指针

? 取地址及const取地址操作符重载

这两个默认成员函数一般不用重新定义，编译器默认会生成。

class Date
{
public:
	Date* operator&()
	{
		return this;
	}
	const Date* operator&()const
	{
		return this;
	}
private:
	int _year; // 年
	int _month; // 月
	int _day; // 日
};

这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需要重载，比如想让别人获取到指定的内容！ == 除非不想让别人取到这个类型对象的真实地址==

class A
{
public:
	A* operator&()
	{
		cout << "A* operator&()" << endl;

		return nullptr;
	}

	const A* operator&() const
	{
		cout << "const A* operator&() const" << endl;

		return (const A*)0xffffffff;
	}
private:
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 2;
	int _a3 = 3;
};

int main()
{
	A aa1;
	const A aa2;

	cout << &aa1 << endl;
	cout << &aa2 << endl;

	return 0;
}

运行截图：

?static成员

?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

class A
{
public:
	A() 
	{ 
		++_scount;
	}

	A(const A & t) 
	{ 
		//GetCount();

		++_scount;
	}

	~A()
	{ 
		//--_scount;
	}
	

	// 没有this指针，只能访问静态成员
	static int GetCount()
	{
		//_a1 = 1;

		return _scount;
	}

private:
	// 声明
	int _a1 = 1;
	int _a2 = 1;

// public:
	// 声明
	// 静态区，不存在对象中
	// 不能给缺省值，因为缺省值是给初始化列表
	// 他在静态区不在对象中，不走初始化列表
	// 属于所有整个类，属于所有对象
	static int _scount;
};

// 定义
int A::_scount = 0;

?static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

[ 1] 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

 class A
{
private:
	static int count;
	
	int x = 0;
};
int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
	return 0;
}

[ 2] 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

静态成员无法通过初始化列表初始化，也无法在类中直接初始化

[ 3]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

class A
{
	A(int x = 1)
		:_x(8)
	{}

	// 没有this指针，只能访问静态成员
	static int GetCount()
	{
		this->_x = 1;



		return _count;
	}

private:
	static int _count ;
	
	int _x = 0;
};
int main()
{
	cout << sizeof(A) << endl;
	return 0;
}

[4 ] 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制

class A
{
	A(int x = 1)
		:_x(8)
	{}

	// 没有this指针，只能访问静态成员
	static int GetCount()
	{
		return _count;
	}

private:
	static int _count ;
	
	int _x = 0;
};
int main()
{
	cout << A::_count << endl;
	return 0;
}

只是声明，存在静态区，不存在对象中，不能给缺省值，因为缺省值是给初始化列表，他在静态区不在对象中，不走初始化列表，它属于所有整个类，属于所有对象

【问题】

静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？不能，静态成员函数没有隐藏的 this 指针,因此无法访问非静态成员变量和非静态成员函数。如果要在静态成员函数中访问非静态成员,需要通过类的对象来访问。例如:

class MyClass 
{
public:
    static void staticFunc() 
    {
        // 错误: 无法直接访问非静态成员
        // nonStaticFunc();

        // 正确: 通过类对象访问非静态成员
        MyClass obj;
        obj.nonStaticFunc();
    }

    void nonStaticFunc() 
    {
        // 可以访问静态成员
        staticVar = 10;
        staticFunc();
    }

private:
    int nonStaticVar;
    static int staticVar;
    static void staticFunc();
};

非静态成员函数可以调用类的静态成员函数吗？非静态成员函数有隐藏的 this 指针,可以访问类的所有成员,包括静态成员。

class MyClass 
{
public:
    void nonStaticFunc() 
    {
        // 可以访问静态成员
        staticVar = 10;
        staticFunc();
    }

private:
    int nonStaticVar;
    static int staticVar;
    static void staticFunc();
};

?static小题

实现一个类，计算下面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() 
	{ 
		return _scount; 
	}
private:
	static int _scount;
};

int A::_scount = 0;

void TestA()
{
	cout << A::GetACount() << endl;
	A a1, a2;
	A a3(a1);
	cout << A::GetACount() << endl;
}

?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

? 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

?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
{
	friend class Date; // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类中的私有成
						//员变量
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;
};

? 内部类

? 概念

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。

class A
{
private:
	static int k;
	int h;
public:
	class B // B天生就是A的友元
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << k << endl;//OK
			cout << a.h << endl;//OK
		}
	};
};
int A::k = 1;
int main()
{
	A::B b;
	b.foo(A());

	return 0;
}

1.求1+2+3+…+n，要求不能使用乘除法、for、while、if、else、switch、case等关键字及条件判断语句

class Solution {
public:
class sum
{
    public:
    sum()
    {
        _count += _i;
        ++_i;
    }
};

int Sum_Solution(int n) 
{
    sum arr[n];
    return _count;
}
private:
    static int _i;
    static int _count;
};
int Solution::_i = 1;
int Solution::_count = 0;

?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。