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在上一篇博客中#xff0c;我们学习了C的基础类与对象概念#xff0c;包括类的定义、对象的使用和构造函数的作用。在这一篇#xff0c;我们将深入探讨C类的一些重要特性#xff0c;如构造函数的高级用法、类型转换、static成员、友元、内部类、匿名对象#xff0c;… 引言
在上一篇博客中我们学习了C的基础类与对象概念包括类的定义、对象的使用和构造函数的作用。在这一篇我们将深入探讨C类的一些重要特性如构造函数的高级用法、类型转换、static成员、友元、内部类、匿名对象以及对象拷贝优化等。这些内容可以帮助你更好地理解和应用面向对象编程的核心理念提升代码的健壮性、灵活性和可维护性。
无论你是C的初学者还是有一定基础的开发者本文都将为你提供详细的解释和实用的示例代码帮助你掌握C中的类与对象的高级用法。
一、再谈构造函数
构造函数是 C 中用于初始化对象的特殊函数。每次创建类的实例时构造函数都会自动调用用来为对象的成员变量赋初值。本篇将深入探讨构造函数的一些高级用法与技巧。
1.1 构造函数的初始化方式
在 C 中构造函数可以通过两种方式为类的成员变量赋值构造函数体内赋值和初始化列表。
(1). 构造函数体内赋值
传统方式是通过构造函数体来对成员变量赋值
class Person {
public:Person(int age) {_age age; // 在构造函数体内赋值}
private:int _age;
};
这种方式虽然常见但可能带来效率问题因为成员变量会经历两次赋值——默认初始化后再赋值。
(2).初始化列表
初始化列表可以更高效地为成员变量赋值。其语法是在构造函数的参数列表后面使用冒号 :直接对成员变量进行初始化
class Person {
public:Person(int age) : _age(age) {} // 使用初始化列表
private:int _age;
};
使用初始化列表可以避免默认初始化后的重复赋值因而效率更高。
1.2 必须使用初始化列表的场景
在某些情况下初始化列表是唯一可行的选择 1.引用成员变量 引用类型必须在初始化时绑定对象因此需要通过初始化列表来进行初始化不能在构造函数体内赋值。 2.常量成员变量 常量成员变量一旦被赋值便不能修改必须在初始化列表中赋值不能在构造函数体内赋值。 3.没有默认构造函数的类类型成员 如果成员是其他类的对象且没有默认构造函数则必须通过初始化列表进行初始化。否则编译器无法为其分配默认初值导致编译错误。 示例
class Date {
public:Date(int year, int month 1, int day 1): _year(year), _month(month), _day(day), _constValue(100) {}private:int _year; // 引用类型成员变量const int _constValue; // 常量成员变量int _month;int _day;
};
在上述代码中_year 是引用类型_constValue 是常量都必须在初始化列表中进行初始化。
1.3 初始化列表的优势 1.提升性能 使用初始化列表避免了构造函数体内赋值的额外开销尤其对于包含大量成员变量的类能够显著提升性能。 2.必须使用的场合 某些成员如引用和常量只能在初始化列表中进行初始化这是 C 语言规范的要求。 1.4 成员变量的缺省值
在 C11 中可以在类内为成员变量赋予缺省值这样即使构造函数没有显式赋值也会使用这些默认值
class Person {
private:int _age 18; // 缺省值std::string _name Unnamed; // 缺省值
};
这种方式简化了构造函数提高了代码的灵活性。
1.5 初始化列表的顺序规则
(1).成员变量初始化顺序
尽管初始化列表的书写顺序可以自由选择但成员变量的初始化顺序是由它们在类中声明的顺序决定的。
示例
class Example {
private:int _x;int _y;
public:Example(int x, int y) : _y(y), _x(x) {} // _x 仍会先于 _y 初始化
};
(2).成员变量初始化的逻辑 在初始化列表中成员变量的初始化遵循以下逻辑 如果成员变量在初始化列表中显式初始化则按照提供的值进行初始化。 如果成员变量未在初始化列表中显式初始化则有两种情况 成员变量在类中声明时有缺省值按照缺省值初始化。 成员变量在类中声明时没有缺省值 对于内置类型成员初始化为随机值可能是默认值 0 等具体行为依赖于编译器。 对于自定义类型成员如果没有默认构造函数且无法自动初始化将导致编译错误。 此外引用类型成员、const 成员以及没有默认构造函数的类类型成员必须在初始化列表中进行显式初始化无法在构造函数体内赋值。 建议始终保持初始化列表中的顺序与成员变量声明顺序一致以避免潜在的未定义行为。
1.6 常见错误
(1).忘记初始化引用或常量成员
引用类型和常量成员必须通过初始化列表进行初始化否则编译器会报错。
(2).初始化顺序不一致
初始化顺序与成员变量声明顺序不一致时可能导致未定义行为尤其在成员变量之间存在依赖关系时更需谨慎。
二、类型转换
2.1 C 中的类型转换概述
在C中类型转换是一个非常强大的功能。它允许我们在不同类型之间进行转换。在类中类型转换通常通过构造函数或者类型转换运算符来实现。C支持隐式和显式类型转换这在开发复杂系统时非常有用。
2.2 隐式类型转换
如果一个类有一个接受单个参数的构造函数那么该类的对象可以通过传递该类型的参数进行隐式构造。例如假设我们有一个类A它有一个接受int类型参数的构造函数。
class A {
public:A(int a) : _a(a) {}void print() {cout A: _a endl;}
private:int _a;
};
int main() {A obj 10; // 隐式类型转换int 被转换为 Aobj.print(); // 输出 A: 10
}
在上面的代码中整数10被隐式地转换为A类的对象并调用了A的构造函数。这个过程称为隐式类型转换。然而隐式类型转换可能会导致意外的行为因此我们通常希望控制这种行为。
2.3 使用explicit关键字阻止隐式类型转换
为了避免隐式类型转换导致的错误我们可以使用explicit关键字来标记构造函数这样该构造函数将不再允许隐式转换。
class A {
public:explicit A(int a) : _a(a) {}void print() {cout A: _a endl;}
private:int _a;
};
int main() {// A obj 10; // 编译错误因为构造函数是 explicit 的A obj(10); // 必须显式调用构造函数obj.print();
}
在这个例子中explicit关键字阻止了int到A的隐式转换因此必须通过显式地调用构造函数来创建对象。
2.4 类型转换运算符
除了构造函数C还支持类型转换运算符它允许我们将类类型的对象转换为其他类型。类型转换运算符的定义形式如下
operator 类型() {// 转换逻辑
}
例如class A {
public:A(int a) : _a(a) {}// 定义 int 类型的转换运算符operator int() {return _a;}
private:int _a;
};
int main() {A obj(10);int num obj; // 隐式调用转换运算符将 A 对象转换为 intcout num: num endl; // 输出 num: 10
}
在上面的代码中类A提供了一个将A对象转换为int的运算符因此可以直接将A对象赋值给一个int类型的变量。
三、静态成员 (static)
3.1 静态成员变量
static成员变量是属于类本身的而不是类的某个对象。也就是说所有类的对象都共享同一个static成员变量。静态成员变量在类的所有对象之间共享并且必须在类外部进行初始化。
示例代码
class Counter {
public:Counter() { _count; }~Counter() { --_count; }static int getCount() { return _count; }
private:static int _count; // 静态成员变量
};
int Counter::_count 0; // 必须在类外初始化
int main() {Counter c1, c2;cout Current count: Counter::getCount() endl; // 输出 2return 0;
}
在这个例子中_count是一个静态成员变量用来计数创建的对象数量。由于它是静态的所有Counter对象共享同一个计数器。
3.2 静态成员函数
静态成员函数与普通成员函数的主要区别在于它们不能访问非静态的成员变量或成员函数。因为静态成员函数没有this指针不能与具体的对象绑定。
示例代码
class Example {
public:static void staticFunc() {cout This is a static function. endl;}
};int main() {Example::staticFunc(); // 静态成员函数可以通过类名直接调用return 0;
}
在上面的例子中静态成员函数staticFunc是通过类名直接调用的而不需要通过对象。
四、友元Friend
4.1 什么是友元 C中的友元friend是一种特殊机制它允许一个函数或类访问另一个类的私有成员。通常类的私有成员只能通过公共接口如公共成员函数访问但有时候我们希望让另一个类或函数直接访问这些私有数据。友元就是为此设计的。 友元函数允许某个外部函数访问类的私有和保护成员。 友元类允许另一个类访问当前类的私有和保护成员。 4.2 友元函数的使用
友元函数并不是类的成员函数但它有权访问类的私有成员。友元函数在类内部通过friend关键字声明。
class Box {friend void showBox(const Box b); // 友元函数声明
private:int _length 10;int _width 5;
};void showBox(const Box b) {std::cout Box length: b._length , width: b._width std::endl;
}int main() {Box b;showBox(b); // 输出Box length: 10, width: 5return 0;
}
4.3 友元类的使用
友元类中的所有成员函数都可以访问另一个类的私有成员。友元类的关系是单向的即A类是B类的友元但B类并不能访问A类的私有成员。
class Engine;class Car {friend class Engine; // Engine 是 Car 的友元类
private:int _horsePower 300;
};class Engine {
public:void showHorsePower(const Car c) {std::cout Cars horsepower: c._horsePower std::endl; // 访问 Car 的私有成员}
};int main() {Car myCar;Engine myEngine;myEngine.showHorsePower(myCar); // 输出Cars horsepower: 300return 0;
}
4.4 友元的优缺点
友元提供了一种方便的方式来访问类的私有数据增加了类之间的合作性。然而它也会破坏类的封装性和数据安全性。因此使用友元时要慎重不宜过度使用。
五、内部类
内部类是定义在另一个类中的类。它通常用于封装两者之间的紧密关系外部类可以控制内部类的行为。内部类在外部类中定义时默认情况下可以访问外部类的私有成员。
示例代码
class Outer {
private:int _data 42;
public:class Inner {public:void show(const Outer o) {cout Outer::_data o._data endl; // 访问外部类的私有成员}};
};int main() {Outer outer;Outer::Inner inner;inner.show(outer); // 输出 Outer::_data 42return 0;
}
在这个例子中Inner类是Outer类的内部类它可以访问Outer类的私有成员_data。
六、匿名对象
匿名对象是没有名字的临时对象它们的生命周期非常短暂只在当前语句中存在。匿名对象经常用于简化临时操作不需要为它们显式命名。
示例代码
class A {
public:A() { cout A() endl; }~A() { cout ~A() endl; }
};int main() {A(); // 创建匿名对象return 0; // 匿名对象在这一行结束时自动销毁
}
在上面的代码中匿名对象在创建后立即被销毁。匿名对象的使用使代码更简洁但需要注意它们的生命周期。
七、对象拷贝时的编译器优化
在C中编译器会进行一些优化减少对象拷贝次数从而提高性能。这些优化包括返回值优化RVO和拷贝省略。当一个函数返回一个对象时编译器会尝试直接构造返回值而不是先构造临时对象再拷贝。
示例代码
class A {
public:A() { cout A() endl; }A(const A) { cout A(const A) endl; }~A() { cout ~A() endl; }
};A createObject() {A obj;return obj; // 返回时优化
}int main() {A a createObject(); // 返回值优化return 0;
}
在这个例子中编译器会进行优化避免多次调用拷贝构造函数。
总结
本篇博客详细介绍了C类与对象的高级特性包括构造函数的初始化列表、类型转换、静态成员、友元、内部类、匿名对象以及对象拷贝时的编译器优化。这些特性不仅增强了代码的灵活性也帮助开发者编写出更加高效的程序。理解这些内容将大大提升你对C面向对象编程的理解能力同时为编写健壮的应用程序奠定基础。
希望本文的详细讲解对你有帮助如果有任何疑问或需要进一步的解释欢迎在评论区留言讨论。
