类和对象精华篇

static成员
- 引入
- 特点
- 问题收尾
友元
- 友元函数
- 友元类
内部类
理解类和对象

static成员

引入

🗨️[题目] 实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象

先分析一下题目: 程序运行中, 有对象的创建, 也有对象的销毁 ⇒ 对应下来就是构造,拷贝构造和析构
对象创建出来要初始化 — — 构造和拷贝构造, 对象到了生命周期就要销毁 — — 析构
那我们可以用一个 全局变量来记录一下就可以了. 下面我用的是 Count

int Count = 0;

class A
{
public:
	A(int x) // 构造
	{
		Count++;
	}

	A(const A& x) // 拷贝构造
	{
		Count++;
	}

	~A() // 析构
	{
		Count--;
	}

private:
	int _a;
};

void func(A tem)
{
	cout << __LINE__ << ':' << Count << endl; // 504:4
}

int main()
{
	A a1(1);
	A a2(2);
	cout << __LINE__ << ':' << Count << endl; // 511:2

	A a3 = 4;
	cout << __LINE__ << ':' << Count << endl; // 514:3

	func(a1);
	cout << __LINE__ << ':' << Count << endl; // 517:3

}

*****
511:2
514:3
504:4
517:3
*****

其实通过上面的例子 514: 3, 也证明了之前讲的 隐式类型转换⇒ 构造 + 拷贝构造 ⇒ 系统会将它优化成一个构造
但其实上面的写法有一个问题: 可以随意改变 👇👇👇

上面的错误写法就要求要封装Count,

设置一个作用域, 使得我们的Count 不能轻易被改变.
还有就是 可以不用对象去访问. [你想啊, 我们这个Count是用来展示的, 如果每一次都用对象去访问, 那么就是展示一个Count就必须创建一个对象且缺少灵活性]

特点

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.

🗨️我们认为静态成员变量就是普通的成员变量, 并没有什么区别??

先看看初始化吧, 一般的成员变量初始化都是构造函数(初始化列表), 当我们给静态成员变量一个缺省值, 实则是想传给初始化列表的⇒ 以此来看看静态成员变量跟普通成员变量的初始化有何不同!!

class A
{
public:
	A(int x) // 构造
	{
		_Count++;
	}

	A(const A& x) // 拷贝构造
	{
		_Count++;
	}

	~A() // 析构
	{
		_Count--;
	}

private:
	int _a = 0;
	static int _Count = 0;
};

⇒ 可见, 静态成员变量不是在初始化列表中进行初始化的. 那么问题就接踵而至👇👇👇

先插一句:
根据前面所学知识, 我们知道了初始化列表是对象变量定义的地方

🗨️静态成员变量是怎么进行初始化的?? 静态成员变量是不属于对象的吗??

我们知道 static修饰的对象是存储在 [静态区] 的, 而不是存储在 [栈区]即对象空间
⇒
普通的成员变量 — — 是属于对象的, 存储在对象里面
静态成员变量 — — 是属于整个类的, 即被类中的所有对象共享, 存储在静态区
⇒
所以, 静态成员变量是不能在类中进行初始化的, 必须在 全局进行初始化
由于是初始化, 是不受访问限定符 (public 和 private)限制的, 但是你要表明你这个变量来自哪里⇒ 即受类域的限制
⇒ 所以, 要用 :: 来进行访问
🗨️老陈, 你之前不是说用 类名 :: 成员变量 是错误的吗 ??
这个地方, 当做特殊情况处理.
其实这个地方, 你也可以这样想: 把_Count 想作是一个全局变量, 只不过它受作用域的限制, 不能随意进行修改罢了

所以通过前面的铺垫, 我们得出了静态成员变量的几个特点:

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
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

初始化问题解决了, 那我们考虑一下访问问题
🗨️既然初始化的时候不受访问限定符的限制, 那么访问的时候, 我们也假设不受访问限定符的限制 !!

先看看下面的代码👇👇👇

class A
{
public:
	A() // 构造
	{
		_Count++;
	}

	A(const A& x) // 拷贝构造
	{
		_Count++;
	}

	~A() // 析构
	{
		_Count--;
	}

private:
	int _a = 0;
	static int _Count;
};

int A::_Count = 0;

int main()
{
	cout << A::_Count << endl;

	return 0;
}

显然, 我们发现访问静态成员变量是受访问限定符的限制 .
那我们该如何在类的外面来访问静态成员变量

把private 变成 public
1. 可以直接用 类名 :: 静态成员变量 来进行访问.
2. 可以创建对象, 用 对象.静态成员变量 来进行访问.

class A
{
public:
	A() // 构造
	{
		_Count++;
	}

	A(const A& x) // 拷贝构造
	{
		_Count++;
	}

	~A() // 析构
	{
		_Count--;
	}

public:
	int _a = 0;
	static int _Count;
};

int A::_Count = 0;

int main()
{
	// 可以不创建对象, 直接用 类名 :: 静态成员变量 来进行访问
	cout << A::_Count << endl;

	// 可以创建对象, 用 对象.静态成员变量 来进行访问
	A a1;
	cout << a1._Count << endl;

	return 0;
}

*****
0
1
*****

在类里面写一个公有函数
- 我们知道在类里面是不受访问限定符和类域的限制⇒ 那么我们就可以在公共区段函数(public)中写一个能够得到静态成员变量的值的函数. 不过有几个缺点:
  - 1. 只能使用对象去访问
  - 1. 只能获取到静态成员变量当时的一个值, 不能进行修改

class A
{
public:
	A() // 构造
	{
		_Count++;
	}

	A(const A& x) // 拷贝构造
	{
		_Count++;
	}

	~A() // 析构
	{
		_Count--;
	}

	int GetCount()
	{
		return _Count;
	}

private:
	int _a = 0;
	static int _Count;
};

int A::_Count = 0;

int main()
{
	A a1;
	cout << a1.GetCount() << endl;

	return 0;
}

*****
1
*****

通过上面问题的铺垫, 我们可以看出静态成员变量的几个特点:

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

🗨️老陈, 前面那个引入的题目中, 尽量能不用对象就能访问静态成员变量. 如果静态成员变量用 [private] 来限定, 那么当前就必须用对象来访问静态成员变量. 有没有一种办法是可以不用对象就可以访问, 就跟静态成员变量初始化那样用 类名 :: 静态成员变量 就可以访问 ??

先介绍一下静态成员函数的双胞胎弟弟 — — 静态成员函数
用static修饰的成员函数，称之为静态成员函数
先剧透一下, 这个静态成员函数就能完美地解决这个问题👇👇👇

class A
{
public:
	A() // 构造
	{
		_Count++;
	}

	A(const A& x) // 拷贝构造
	{
		_Count++;
	}

	~A() // 析构
	{
		_Count--;
	}

	static int GetCount() // 静态成员函数
	{
		return _Count;
	}

public:
	int _a = 0;
	static int _Count;
};

int A::_Count = 0;

int main()
{
	cout << A::GetCount() << endl;

	return 0;
}

*****
0
*****

🗨️静态成员函数能用类名 :: 静态成员函数的原理是什么??

先看一下普通成员函数的最大特点 — — this指针, 它有没有👇👇👇

这个时候, 我们就恍然大悟了 — — 由于静态成员函数没有this指针, 所以不需要对象来进行访问.
再加上静态成员变量只要突破类域和访问限定符的限制, 就能进行访问
由于静态成员变量是属于整个类的, 不是属于某一个对象的; 静态成员函数是没有this指针的⇒ 在类外面突破类域就只能用 类名 :: 这种方法了. [~~普通的成员变量突破类域直接创建一个对象就行, 普通的成员函数突破类域也必须依靠对象.]~~
⇒ 公共函数区段的静态成员函数的访问就可以用 类名 :: 静态成员函数
⇒ 当然, 没有this指针, 静态成员函数就不能访问非静态成员变量

5.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

总结一下静态成员变量/ 静态成员函数的特点:

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

问题收尾

[问题]

静态成员函数可以调用非静态成员函数吗？

由于静态成员函数没有this指针, 而非静态成员函数又需要this指针⇒ 静态成员函数不能调用非静态成员函数.
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, 但是静态成员函数不需要this指针; 不过两者并不干扰⇒ 非静态成员函数可以调用静态成员函数.

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(依赖性增强了)，破坏了封装，所以友元不宜多用

友元函数

通过前面的学习, 我们知道了有一种情况:
我们的普通函数必须定义在类外面, 但是我们必须要使用类中的私有成员变量 — — 我们的 重载 << 和重载 >> 就是这样的一个函数
这个时候就需要用 友元 来解决问题

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
{
	// 这里只是声明一下 -- 这个函数是我的 '朋友', 可以使用我的 '东西'
	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
	friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);

public:
	Date(int year = 2023, int month = 5, int day = 23)
		: _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;
}

注意: 对于友元, 如果有代替方案, 就不要使用友元. 因为它是一个 特例, 破坏了封装
总结:
- 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
  - 因为友元函数不是类的成员函数, 是没有this指针的. const修饰函数, 就是修饰this指针⇒ 故友元函数不能用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.

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;
};

由于友元的知识很简单, 这里都是直接上代码看看就行了
[总结]:

搞懂谁是谁的友元 — — Date类是 Time类的友元⇒ Date类里面可以访问Time类中的私有成员, 而Time类就不能访问Date类的私有成员
友元具有单向性, 不具有交换性 — — Time类不是 Date类的友元
友元不具有传递性 — — 小明是小红的好朋友, 小鹏是小红的好朋友, 小明和小鹏不一定是好朋友
友元关系不能继承，在继承位置再给大家详细介绍

内部类

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.

首先, 先看一看内部类的基本形式👇👇👇

class A
{
private:
	static int _k;
	int _h;

public:

	class B // B是A的内部类
	{
	public:
		void foo(const A& a)
		{
			cout << _k << endl;
			cout << a._h << endl;
		}

	private:
		int _tem;
		int _b;

	};
};

🗨️如何证明内部类不包含在外部类, 是一个独立的类?

分下面的两种思路:

sizeof(外部类)
用外部类的对象去访问内部类的成员

⇒ 结合上面两种结果, 我们不难发现: 内部类是不在外部类中的, 只是定义在外部类中

🗨️如果我们想在 main函数里面创建一个 B对象, 那该怎么创建?

虽然, 我们的内部类是不属于外部类的, 但是定义在外部类里面
类 — — 一个作用域, 那么创建一个内部类对象就必须突破外部类的限制, 即要使用::
上面的 B类是定义在A类的 public区段, 就可以不受访问限定符的限制
⇒ 所以, 在 main函数里面创建一个内部类对象: 外部类::内部类对象

A :: B b;

🗨️友元是声明, 所以声明的位置没有限制. 内部类是一种定义, 那么它的定义位置有没有限制呢?

内部类的位置也是没有限制的, 但是对外面创建对象是有影响的⇒ 从这个就可以看出, 是受访问限定符限制的

插一句话:
访问限定符限定的是成员的访问方式, 而成员包括成员变量和成员函数
而只有在类中定义的东西才会受访问限定符的限制. 比如成员变量, 成员函数, 内部类

内部类是外部类的天生友元. 内部类可以访问外部类的私有成员, 而外部类却不能访问内部类的成员(内部类的访问权限高于外部类). 对于外部类不能访问内部类的成员⇒ 建议把成员变量写在外部类中, 这样大家都可以用
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

[总结]:

内部类是一个独立类, 不属于外部类⇒ 加了一层作用域
内部类是外部类的一个天生友元
内部类受访问限定符和类域的限制
内部类可以定义在外部类的public、protected、private

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