C++类和对象成员函数，静态成员，构造函数和析构函数、初始化列表

小灰灰 2022-12-14 13:36 273阅读 0赞

### 类和对象 ###

*  数据成员的访问
 *  定义成员函数
 *  调用成员函数
 *  私有成员函数
 *  构造函数和析构函数
 *  构造函数成员初始化列表
 *  在构造函数中使用new的注意事项
 *  this指针
 *  const成员函数
 *  运算符重载
 *  友元函数
 *  拷贝构造函数
 *   *  隐式转换法
 *  深拷贝与浅拷贝
 *  静态成员变量
 *  静态成员函数

C++面向对象的三大特性：封装、继承和多态。

# 数据成员的访问 #

class Point{
        
    	double x,y;
    	public:
    		int a,b;
    	protected:
    		int c,d;
    };

使用**class**关键字与struct不同，成员在默认情况下是私有的。

*  **public**：公有，可以由类的用户访问，
 *  **private**：私有，除了对自身的成员函数外都不可见。
 *  **protected**：保护，可以在它的类的**子类**中被访问。

# 定义成员函数 #

如果不想要用户直接访问数据成员，但又可以控制设置它的值，解决方案是使数据成员私有，并且依靠成员函数来提供间接访问。

class Point{
        
    public:
    	//内联定义函数
    	void set_x(doublex newx){
        x = newx;}
    	void set_y(double newy){
        y = newy;}
    	double get_x(){
        return x;}
    	double get_y(){
        return y;}
    private:
    	double x, y;
    };
    //在类声明之外定义
    void Point::set_x(doublex newx){
        x = newx;}
    void Point::set_y(double newy){
        y = newy;}
    double Point::get_x(){
        return x;}
    double Point::get_y(){
        return y;}

函数是公开的，可以被用户访问。数据成员是私有的，不能访问。  
C++提供两种方式定义成员函数：

*  **内联**，一个成员函数可以通过类本身中提供定义，被内联定义。函数原型紧跟要执行的语句的大括号\{\}，与用**inline**关键字修饰的全局函数一样，内联函数的函数体被直接扩展到调用函数的主体中。（优化运行性能，但是占用更多内存，适用于简短函数）
 *  一个成员函数可以在**类声明之外**定义。在这种情况下，函数定义要求用作用域符（::）来说明函数的作用域。  
    格式：  
    **返回类型 类名::函数名（参数）\{ 语句组 \}**  
    在类声明之外定义一个成员函数能使你编写任意长的函数，而无需让类声明本身来负担。

# 调用成员函数 #

两种方式：

*  对象.函数（参数）
 *  通过指向对象的指针：指针->函数（参数）

# 私有成员函数 #

私有成员函数和私有数据成员一样，对外隐藏，只能被类中其他函数调用。  
函数成员还可以用**protected**被做成受保护的，此时类的子类可以参考甚至修改（重载）此函数。**private和protected的区别只与涉及子类的地方有关**

# 构造函数和析构函数 #

构造函数是一个**初始化**函数，当一个对象在内存中被分配后，它会**自动被调用**。它**与类的名称相同**，且**无返回值**。与其他函数一样，可以被内联，也可以在类外定义。  
**在其他成员函数中可以调用构造函数，但是只是产生一个匿名对象，对本对象并无影响**  
析构函数是**清理**函数。作用在对象销毁前系统自动调用，执行清理操作。  
都只会被调用一次。

# 构造函数成员初始化列表 #

如果Classy是一个类，而mem1、mem2和mem3都是这个类的数据成员，则类构造函数可以使用如下的语法来初始化数据成员：

Classy::Classy(int n, int m) :mem1(n),mem2(0),mem3(n*m+2){
        
    	...
    }

上述代码将mem1初始化为n，mem2初始化为0，将mem3初始化为n\*m+2，从概念上说，初始化工作是在对象创建时完成的，此时还未执行括号中的任何代码。注意事项：

*  这种格式只能用于构造函数
 *  必须用这种格式初始化**非静态const数据成员**（至少在C++11之前）
 *  必须用这种格式初始化 **引用&** 数据成员。
 *  数据成员初始化的顺序与它们出现在类中的**声明顺序相同**，与排列顺序中的顺序无关。

**必须用带有初始化列表的构造函数：**  
1.成员类型是**没有默认构造函数的类**。若没有提供显示初始化式，则编译器隐式使用成员类型的默认构造函数，若类没有默认构造函数，则编译器尝试使用默认构造函数将会失败。  
2.**const成员**或**引用类型的成员**。因为const对象或引用类型**只能初始化**，不能对他们赋值。

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    //A 没有默认构造函数（无参构造函数)
    class A
    {
        
    public:
    	A(int k);
    	static int e;
    private:
    	const int a=1;
    	const int b;
    	int & c;
    	
    };
    int d = 5;
    A::A(int k):b(2),c(d)
    {
        
    	//a = 1;
    	cout << "a = "<<a << endl;
    	cout << "b = " << b << endl;
    	cout << "c = " << c << endl;
    	cout << "k = " << k << endl;
    }
    
    //静态成员变量的初始化:  类型+ 使用类名+作用域限定符
    int A::e = 6;
    
    class B
    {
        
    public:
    	B();
    	B(int k);
    	
    
    private:
    	A a;
    	int f;
    };
    
    //因为a无默认构造函数，所以必须在初始化列表中初始化,给a传入参数
    B::B(int k):a(k)
    {
        
    }
    B::B() : a(6)
    {
        
    }
    
    
    int main(void) {
        
    
    	A a(7);
    	cout << "A::e = "<<A::e << endl;
    	cout << "a.e = " << a.e << endl;
    
    	cout << "---------------------" << endl;
    	B b(9);
    	return 0;
    }
    /*
     *结果：
    a = 1
    b = 2
    c = 5
    k = 7
    A::e = 6
    a.e = 6
    ---------------------
    a = 1
    b = 2
    c = 5
    k = 9
     */

# 在构造函数中使用new的注意事项 #

*  如果构造函数中使用的**new**动态分配内存，则必须提供使用delete的析构函数。
 *  new和delet必须相互兼容。new对应delete，new\[ \] 对应于delete\[\]。
 *  如果有多个构造函数，则必须以相同的方式使用new和delete，因为只有一个析构函数，所有构造函数必须跟它兼容。

# this指针 #

this指针指向被调用对象本身。每个非静态成员函数（包括构造函数和析构函数）都有一个this指针。this是调用对象的地址。\*this才是被调用对象（解引用）。所以可以使用 this->a，或者(\*this).a来调用被调用对象的数据和函数。

# const成员函数 #

保证函数不会修改调用对象。

cosnt Stock land = Stock("Test");
    land.show();

对于当前的编译器来说，会对第二行报错，因为show的代码无法保证调用对象不被修改。我们以前通过将函数参数声明为const引用，或者指向const的指针来解决这种问题。但是这里show()方法没有任何参数，它所使用的对象由方法调用隐式地提供。C++的解决方法是将const关键字放在函数括号的后面：

//函数声明
    void show() cosnt;
    //函数定义
    void Stock::show() const

以这种方法声明和定义的函数被称为const成员函数，只要类方法不修改调用对象，就应该将其声明为const。  
**注意：**

*  常成员函数不能调用其他非常成员函数（静态函数除外）
 *  常成员函数可以修改静态成员变量
 *  const对象只能调用常成员函数
 *  两个成员函数的名字和参数表相同，但一个是 const 的，一个不是，则它们算重载

#include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    
    class A
    {
        
    public:
    	A(int aa = 0):a(aa) {
        
    		
    	}
    	static int b;
    	void show()const {
        
    		cout << ++b << endl;
    		setA1();
    		cout << "show const" << endl;
    		//setA();错误
    	}
    	void show() {
        
    		cout << ++b << endl;
    		setA1();
    		cout << "show" << endl;
    
    		//setA();错误
    	}
    	void setA() {
        
    		cout << ++a << endl;
    	}
    	static void setA1() {
        
    		cout << ++b << endl;
    	}
    private:
    	int a;
    };
    
    int A::b = 1;
    int main(void) {
        
    
    	A a;
    	const A ca;
    	ca.show();
    	a.show();
    	cout << a.b << endl;
    	cout << ca.b << endl;
    
    	return 0;
    }
    /*
    2
    3
    show const
    4
    5
    show
    5
    5
    */

# 运算符重载 #

# 友元函数 #

通过让函数成为类的友元，可以**赋予该函数与类的成员函数相同的访问权限**。  
创建友元函数：  
第一步是将其原型放在类声明中，并在类声明前加上关键字 friend：

friend Time test(double n,Time &t);

*  虽然该函数是在类中声明的，但它不是成员函数，因此不能用成员运算符调用。
 *  虽然友元函数不是成员函数，但是它与成员函数的访问权限相同。  
    第二步是在类外编写函数的定义，不需要在定义中使用关键字friend，也不需要使用::限定符。

# 拷贝构造函数 #

拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。拷贝构造函数通常用于：

1.  **用同一类的一个已知的对象去新建并初始化该类的另一个对象**。
2.  **复制对象把它作为参数传递给函数，值传递**—参数为对象。
3.  **复制对象，并从函数返回这个对象**—返回值为对象。
4.  编译器生成临时对象

如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个（浅拷贝）。如果类带有指针变量，并有动态内存分配，则它必须有一个拷贝构造函数（深拷贝）。拷贝构造函数的最常见形式如下：

//const关键字是为了防止被拷贝的对象被修改
    //使用引用的方式传递参数
    classname (const classname &obj) {
        
       // 构造函数的主体
    }

#include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    class Line
    {
        
    public:
    	int getLength(void);
    	Line();
    	Line(int len);             // 简单的构造函数
    	Line(const Line &obj);      // 拷贝构造函数
    	~Line();                     // 析构函数
    
    private:
    	int *ptr;
    };
    
    // 成员函数定义，包括构造函数
    Line::Line() {
        
    	cout << "调用无参构造函数" << endl;
    	// 为指针分配内存
    	ptr = new int;
    	*ptr = 0;
    }
    Line::Line(int len)
    {
        
    	cout << "调用构造函数" << endl;
    	// 为指针分配内存
    	ptr = new int;
    	*ptr = len;
    }
    
    Line::Line(const Line &obj)
    {
        
    	cout << "调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存" << endl;
    	ptr = new int;
    	*ptr = *obj.ptr; // 拷贝值
    }
    
    Line::~Line(void)
    {
        
    	cout << "释放内存" << endl;
    	delete ptr;
    }
    int Line::getLength(void)
    {
        
    	return *ptr;
    }
    
    void display(Line obj)
    {
        
    	cout << "line 大小 : " << obj.getLength() << endl;
    }
    Line g() {
        
    	Line line3(18);
    	return line3;
    }
    // 程序的主函数
    int main()
    {
        
    	Line line1(10);//调用普通构造函数
    	Line line2 = line1;//情况1，同Line line2 = Line（line1）;用类的一个已知的对象去初始化该类的另一个对象时，需要调用拷贝构造函数
    	display(line1);//情况2，对象作为参数传递给函数，需要调用拷贝构造函数
    	display(line2);//情况2
    	Line line3 = g();//情况3，从函数返回对象
    	display(line3);//情况2
    	
    	return 0;
    }
    /*
    结果：
    
    调用构造函数			//Line line1(10);
    调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存			//Line line2 = line1;/
    调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存			//display(line1);
    line 大小 : 10									//display(line1);
    释放内存										//display(line1);
    调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存			//display(line2);
    line 大小 : 10									//display(line2);
    释放内存										//display(line2);
    调用构造函数									//Line line3 = g();
    调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存			//Line line3 = g();
    释放内存										//Line line3 = g();
    调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存			//display(line3);
    line 大小 : 18									display(line3);
    释放内存										display(line3);
    释放内存			//line3
    释放内存			//line2				
    释放内存			//line1
    */

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x1b2xhaWh1YTIwMTg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
**不要用拷贝构造函数初始化匿名对象**：

Line line1(10);
    	//错误，“Line line1”: 重定义
    	//编译器会认为 Line (line1) == Line line1
    	Line(line1);

## 隐式转换法 ##

Line line1 = 10;//等于Line line1 = Line(10);

默认情况下，C++编译器会给一个类添加三个函数：

*  默认构造
 *  默认拷贝构造
 *  默认析构  
    **如果我们写了有参构造函数，编译器就不再提供默认构造；但会提供默认拷贝函数。  
    如果我们写了拷贝构造函数，编译器就不再提供其他构造函数；**  
    **拷贝构造 > 有参构造 > 默认构造**

# 深拷贝与浅拷贝 #

默认的拷贝构造函数—浅拷贝。复制的是成员的值。按字节拷贝，当对象的数据资源是由指针指向的堆时,默认的拷贝构造函数只是将指针复制。 ，多个对象共用同一块资源，**同一块资源释放多次，崩溃或者内存泄漏**  
**深拷贝**：深拷贝会重新开辟内存空间。，每个对象拥有自己的资源，必须显式提供拷贝构造函数和赋值运算符。

# 静态成员变量 #

#include <iostream>
    using std::cout;
    using std::cin;
    using std::endl;
    class Point
    {
        
    public:
    	static int npoints;
    	//特殊情况，用const和static一起修饰，只可以在类中声明一次
    	const static int a = 0;
    };
    //static变量必须在类外定义一次，并只定义一次
    int Point::npoints = 0;
    int main(void) {
        
    	Point p1, p2, p3;
    	Point::npoints++;
    	p1.npoints++;
    	p2.npoints += 5;
    	cout << p3.npoints << endl;//p3.npoints == 7
    	return 0;
    }

**注意：不能在类声明中初始化静态成员变量，这是因为声明只描述了如何分配内存，但并不分配内存。例外情况：静态数据成员为const整数类型或枚举型。**  
**数据**通常是由单个对象所拥有的，而不是类拥有。然而它可以声明由同一个类的所有对象共享的一个或多个数据成员，无论创建了多少对象，程序都只创建一个静态类变量副本，这样的数据成员称为静态的。  
**成员函数**也可以是静态的，静态成员函数的定义和声明和其他函数一样，但是用途受限，**不能引用this指针，不能引用非静态成员函数。**  
静态成员可以是公有私有和受保护的。

class Student{
        
    public:
        Student(char *name, int age, float score);
        void show();
    public:
        static int m_total;  //静态成员变量
    private:
        char *m_name;
        int m_age;
        float m_score;
    };

static 成员变量**属于类**，不属于某个具体的对象，即使创建多个对象，也只为 m\_total 分配一份内存，所有对象使用的都是这份内存中的数据。当某个对象修改了 m\_total，也会影响到其他对象。

static 成员变量必须在类声明的外部初始化，具体形式为：

type class::name = value;

type 是变量的类型，class 是类名，name 是变量名，value 是初始值。将上面的 m\_total 初始化：

int Student::m_total = 0;

静态成员变量在初始化时不能再加 static，但必须要有数据类型。被 private、protected、public 修饰的静态成员变量都可以用这种方式初始化。  
注意：**static 成员变量的内存既不是在声明类时分配，也不是在创建对象时分配，而是在（类外）初始化时分配。反过来说，没有在类外初始化的 static 成员变量不能使用。**  
static 成员变量既可以通过对象来访问，也可以通过类来访问。  
static 成员变量不占用对象的内存，而是在所有对象之外开辟内存，即使**不创建对象也可以访问**。

**总结：**

1.  一个类中可以有一个或多个静态成员变量，所有的对象都共享这些静态成员变量，都可以引用它。
2.  static 成员变量和普通 static 变量一样，都在内存分区中的全局数据区分配内存，到程序结束时才释放。这就意味着，static 成员变量不随对象的创建而分配内存，也不随对象的销毁而释放内存。而普通成员变量在对象创建时分配内存，在对象销毁时释放内存。
3.  静态成员变量必须初始化，而且只能在类体外进行。例如：  
    int Student::m\_total = 10;  
    初始化时可以赋初值，也可以不赋值。如果不赋值，那么会被默认初始化为 0。全局数据区的变量都有默认的初始值 0，而动态数据区（堆区、栈区）变量的默认值是不确定的，一般认为是垃圾值。
4.  静态成员变量既可以通过对象名访问，也可以通过类名访问，但要遵循 private、protected 和 public 关键字的访问权限限制。当通过对象名访问时，对于不同的对象，访问的是同一份内存。

# 静态成员函数 #

静态成员函数（static）不能通过对象来调用，也不能使用this指针。函数声明必须包含关键字static，但如果函数定义是独立的，则其中不能包含关键字static。如果静态成员函数是在公有部分声明的，则可以使用类名和作用域解析运算符::来调用它。

//在Test类中声明和定义
    static int howmany(){
         return num_string;}
    //调用：
    int count = Test::howmany;

由于静态成员函数不与特定的对象相关联。因此**只能使用静态数据成员**。

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