C++類&&對象的二次深入研究

const對象 & const成員函數

一些對象是支持修改的，而另外一些是堅決不允許修改的。我們可以使用關鍵字const來指定對象爲不可修改，這樣任何試圖修改對象的操作都將導致編譯錯誤。

將變量和對象聲明爲const可以提高性能，編譯器可以對常量提供某些針對const關鍵字的特殊優化

class Time{
public:
    Time(int h,int m,int s):hour(h),minute(m),second(s);
private:
    int hour,minute,second;
};
...
const Time noon(12,0,0);

在上面的栗子中，我們申請了一個const對象：noon
那麼const對象有什麼特性呢？
const對象只能調用該類的const member function ( 常成員函數 )

對象類型	成員函數類型	是否可以成功調用
const	const	√
const	non-const	-
non-const	const	√
non-const	non-const	√

那麼什麼是const成員函數 ( 常成員函數 ) 呢？

class Time{
public:
    Time(int h,int m,int s):hour(h),minute(m),second(s) {}
    void setHour(int);
    void setMinute(int);
    void setSecond(int);
    int getHour() const;
    int getMinute() const;
    int getSecond() const;
private:
    int hour,minute,second;
};

getHour()，getMinute()，getSecond()是常成員函數
我們憑藉敏銳的觀察力可以發現，常成員函數在定義的時候，函數簽名後會緊跟一個const

注意

常成員函數的基本特徵有：

顯式地聲明爲const

不能修改本對象（的數據成員），但是可以修改非本對象的數據成員

不能調用本對象的其他non-const成員函數，但是可以調用非本對象的non-const成員函數

構造函數和析構函數不能聲明爲const

對象的常量特性體現在初始化（構造）後，析構之前

建議將所有不更改對象成員的函數均聲明爲const成員函數，提高程序效率

構造函數初始化列表

初學者在編寫構造函數的碼風：

Time::Time(int h,int m,int s) {
    hour=h;
    minute=m;
    second=s; 
}

那麼現在可以告訴你啦~

這樣的寫法叫做賦值，不是真正的初始化

最正宗的初始化方法是構造函數初始化列表：

Time(int h,int m,int s):hour(h),minute(m),second(s) {}
//括號外是private數據成員,括號內是其對應的初始值
//不要忘了後面的{}

所有的類成員都可以用構造函數初始化列表進行初始化，但是有一些特殊情況只能使用初始化列表進行初始化：

const data member 常數據成員 （特例：const static integer）
reference data member 引用類型的數據成員
member objects 數據成員是其他類（而且未提供缺省構造函數）的對象
base class 繼承類的基類

//Increment.h

class Increment{
public:
    Increment(const char*,int =0,int =1);
    //帶默認參數的缺省構造函數
    void addIncrement() {
        count+=increment;
    }
    void print() const;
    //常成員函數
private:
    int count;
    const int increment;
    //常數據成員,只能使用初始化列表進行初始化
    int &refCount;
    //引用類型的數據成員,只能使用初始化列表進行初始化
    const char* _name;
    //常量指針,指向char類型常量,字符串不支持修改
};

//Increment.cpp

#include<iostream>
using namespace std;

Increment::Increment(const char* name,int c,int i) : _name(&name),count(c),increment(i),refCount(count) 
//注意_name的初始化,是對指針類型變量的初始化,所以要用取地址符&name
//引用類型的數據成員初始化 refCount(count) 
{
    cout<<"Now count="<<count<<",increment="<<increment<<",refCount="<<refCount<<endl;
    refCount=99;
}

void Increment::print() const {
    cout<<"count="<<count<<",increment="<<increment<<endl;
}

//Test.cpp

Increment member(10,5);
member.print();

// Output
Now count=10,increment=5,refCount=10
count=99,increment=5

組合：對象作爲類的成員

就像標題一樣，這一部分我們要嘗試將對象作爲類的成員

class Date{
public:
    Date(int =2020,int =1,int =1);
private:
    int year,month,day;
};

class Time{
public:
    Time(int =0,int =0,int =0);
private:
    int hour,minute,second;
    Date D;   //成員對象
};

第一個問題：如何初始化？
普通的數據成員我們已經會用構造函數初始化列表解決了，規範又拉風

但是成員對象怎麼初始化呢？

（爲了方面描述，下面我們就利用Time和Date來描述這兩個類之間的關係）

若Date有缺省構造函數（未自定義或有默認實參的構造函數），則允許在Time的構造函數初始化列表中不對成員對象Date進行初始化，隨後通過Time的public類set函數對成員對象進行賦值
因爲在申請成員對象的時候會隱式調用成員對象的缺省構造函數，所以沒有特別的初始化也可以成功
若Date無缺省構造函數，要在構造函數中初始化成員對象，就必須使用初始化列表完成成員對象的初始化
這時調用Date的拷貝構造函數
若成員對象沒有顯式通過成員初始化列表初始化，則自動隱式調用其缺省構造函數

對象創建的步驟

分配內存，數據成員初始化
- 按照類定義的順序，爲數據成員分配內存空間，並初始化每個數據成員
- 如果初始化列表中未指定初始化，則使用系統提供的缺省構造函數進行初始化
執行constructor函數體內的語句

構造函數初始化列表

必須使用的情況：

const data member 常數據成員 （特例：const static integer）

member object without default constructor 無缺省構造函數的成員對象

reference data member 引用類型的數據成員

base class 繼承類的基類

不能使用的情況：

常量數組
解決方法：
const static int array[];
const int 類名::array[]={1,2,3};

建議：確保初始化列表中成員列出的順序和成員在類內的聲明順序一致

成員對象的構造和析構順序

成員對象的構造先於宿主對象
成員對象按照類定義中的聲明順序構造
成員對象的析構後於宿主對象

#include<iostream>
using namespace std;

class Date{
public:
	Date(int y=2020,int m=3,int d=11)
	    :year(y),month(m),day(d) {cout<<"Create Date\n";}
	//有默認參數的缺省構造函數
	~Date() {cout<<"Destroy Date\n";}
	Date(Date &d)   //拷貝構造函數
	{
        setData(d.year,d.month,d.day);
        cout<<"Copy Constructor is called.\n";
    }
    void setData(int y,int m,int d) {year=y,month=m,day=d;}
	void print() const{
        cout<<"Date:"<<year<<"/"<<month<<"/"<<day<<" ";
	}
private:
    int year,month,day;
};

class Time{
public:
	Time(int h,int m,int s,Date &day)
		:hour(h),minute(m),second(s),D(day) {cout<<"Create Time\n";}
    //初始化列表中D(day)調用的是拷貝構造函數
	~Time() {cout<<"Destroy Time\n";}
	void print() const {
	    D.print();
		cout<<hour<<":"<<minute<<":"<<second<<endl;
	}
private:
    int hour,minute,second;
    Date D;   //成員對象
};

int main()
{
	Date Today;
	Time Now(22,57,45,Today);
	Now.print();
	return 0;
}

//Output
Create Date
Copy Constructor is called.
Create Time
2020/3/11 22:57:45
Destroy Time
Destroy Date

友元函數 & 友元類

爲什麼開發C++的前輩總是想搞事情：如果我想要讓類外部（不屬於該類）的函數或類，能夠訪問該類的非公有成員，怎麼辦呢？

Friend Function（友元函數） & Friend Class（友元類）

使用方法說簡單也很簡單，只要在非公有成員所在類中用friend關鍵字聲明即可
被聲明的內容可以在該類class大括號之外的區域，訪問該類的非公有成員了
（注意我的表述，認真理解參悟friend關鍵字的玄妙之處）

class Count{
    friend void setX(Count &,int);
public:
    Count():x(0) {}
    void print() const {cout<<x<<endl;}
private:
    int x;
};

void setX(Count &c,int value) {c.x=value;}

//---

int main() 
{
    Count counter;
    counter.print();
    
    setX(counter,3);
    counter.print();

    return 0 ;
}

//Output
0
3

class ClassOne {
    friend class ClassTwo;
    int x,y;
};

class ClassTwo{
public:
   void setX(ClassOne &one,int value) {one.x=value;}
   void setY(ClassOne &one,int value) {one.y=value;}
   void print(ClassOne &one) {
       cout<<"one.x="<<one.x<<",one.y="<<one.y<<endl;
   }
};

//---

int main() 
{
    ClassOne one;
    ClassTwo two;
    two.setX(one,3);
    two.setY(one,9);
    two.print(one);

    return 0 ;
}

//Output
one.x=3,one.y=9

友元函數 & 友元類的存在意義：提高性能
典型應用：運算符重載

this指針

之前我們簡單瞭解了this指針
this指針的原型：<類名> *const this
特例：static member function

我們既可以隱式調用this指針，也可以顯式調用：

this->x
(*this).x

然而，this指針還有一個更玄妙的用法：級聯函數調用
看一下這個栗子：

//Time.h
class Time {
public:
    Time(int =0,int =0,int =0);
    Time &setTime1(int,int,int);
    Time setTime2(int,int,int);
    void print() const;
private:
    int hour,minute,second;
};

//Time.cpp
Time &Time::setTime1(int h,int m,int s) {
    hour=h;
    minute=m;
    second=s;
    return *this;
}
Time Time::setTime2(int h,int m,int s) {
    hour=h;
    minute=m;
    second=s;
    return *this;
}
void Time::print() const {
    cout<<hour<<":"<<minute<<":"<<second<<endl;
}

//TimeTest.cpp
int main() 
{
    Time t1,t2;
    t1.setTime1(20,20,20)
      .setTime1(18,20,22);
    t2.setTime2(20,20,20)
      .setTime2(18,20,22);
    t1.print();
    t2.print();
    return 0;
}

//Output
18 20 22
20 20 20

簡單解釋一下：
setTime1是Time &類型的函數，返回值是一個引用
引用是原對象的影之分身，兩者共享內存，所以兩次調用setTime1，修改的都是本對象*this的數據成員

Time &setTime1(int h,int m,int s);
t1.setTime1(20,20,20)
  .setTime1(18,20,22);
// equal to
Time &tmp=t1.setTime1(20,20,20);
tmp.setTime1(18,20,22);

setTime2是Time類型的函數，返回值是一個Time類的對象
tmp享有獨立內存，所以第二次調用setTime2，修改的都是tmp的數據成員

Time setTime2(int h,int m,int s);
t2.setTime2(20,20,20)
  .setTime2(18,20,22);
//equal to
Time tmp=t2.setTime2(20,20,20);
tmp.setTime2(18,20,22);

有感而發關於const和&的思考

我要把這些雜七雜八的思考都藏到最後（反正blog寫出來沒有人看QwQ）

我是怎麼想到這個問題的呢？
深夜，我深情凝望着我嘔心瀝血寫出的高精度加減（類）代碼
小小的腦袋裏裝滿了大大的問號：

HugeInteger add(const HugeInteger &);

這個const的幹嘛的？爲什麼要出現在這裏？大佬們好像都這麼寫啊？

（程序姬素質三連）

在函數的參數中使用const，可以讓編譯器知道在函數調用過程中，不會修改這個參數，從而可以提供給編譯器更多的優化機會
然而const屬性加入後，這個參數就會變成常量，如果要將這個參數傳到其他函數中，就必須在形參列表中加入const屬性

同理，我們有時會標明某個成員函數是const，表示這個成員函數不會修改這個類對象的任何數據

對於一個函數，如果某個指針參數指向的內容不會被修改，就應該加上const屬性

此外，對於常數變量，同樣也要在能夠添加const時就添加const
這些都可以增加編譯器對代碼進行優化的機會

我明白啦，那麼~

這個&又是幹嘛的？爲什麼要出現在這裏？大佬們好像都這麼寫啊？

（程序姬再次素質三連）

這就是一個引用！
我們知道，拷貝構造函數的語法中必須有&：類名稱(類名稱 & 形參)
當我們用對象初始化對象的時候，編譯器會自動調用拷貝構造函數
一旦調用拷貝構造函數，就相當於創建了一個新的對象
而引用是原對象的影之分身（引用和原對象共享內存）
使用 & 可以避免調用拷貝構造函數創建新對象，而且我們還可以通過引用修改原對象，簡直不要太爽

C++類&&對象的二次深入研究

const對象 & const成員函數

注意

構造函數初始化列表

這樣的寫法叫做賦值，不是真正的初始化

組合：對象作爲類的成員

但是成員對象怎麼初始化呢？

對象創建的步驟

構造函數初始化列表

成員對象的構造和析構順序

友元函數 & 友元類

Friend Function（友元函數） & Friend Class（友元類）

this指針

有感而發關於const和&的思考

這個const的幹嘛的？爲什麼要出現在這裏？大佬們好像都這麼寫啊？

這個&又是幹嘛的？爲什麼要出現在這裏？大佬們好像都這麼寫啊？

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C++類&&對象的二次深入研究

const對象 & const成員函數

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構造函數初始化列表

這樣的寫法叫做賦值，不是真正的初始化

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但是成員對象怎麼初始化呢？

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構造函數初始化列表

成員對象的構造和析構順序

友元函數 & 友元類

Friend Function（友元函數） & Friend Class（友元類 ）

this指針

有感而發關於const和&的思考

這個const的幹嘛的？爲什麼要出現在這裏？大佬們好像都這麼寫啊？

這個&又是幹嘛的？爲什麼要出現在這裏？大佬們好像都這麼寫啊？

Friend Function（友元函數） & Friend Class（友元類）