【C++ 类和对象・高阶深化（下）】再探构造函数（含初始化列表），吃透 static 成员、友元、内部类及对象拷贝编译器优化 - 指南

文章目录

• 前言：
• • 《算法磨剑: 用C++思考的艺术》 专栏
  • 《C++：从代码到机器》 专栏
  • 《Linux系统探幽：从入门到内核》 专栏
• 目录：
• • 一.再探构造函数
  • 二.类型转换
  • 三. static成员
  • 四. 友元
  • 五.内部类
  • 六.匿名对象
  • 七.对象拷⻉时的编译器优化
• 正文:
• • 1. 再探构造函数
  • • 代码解释：
  • 2. 类型转换
  • • 代码解释：
  • 3. static成员
  • • 代码解释：
  • 4. 友元
  • • 代码解释：
  • 5.内部类
  • • 代码解释：
  • 6. 匿名对象
  • 7. 对象拷⻉时的编译器优化
  • 结语：

前言：

《算法磨剑: 用C++思考的艺术》 专栏

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《C++：从代码到机器》 专栏

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《Linux系统探幽：从入门到内核》 专栏

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作者：孤廖
学习方向：C++/Linux/算法
人生格言：折而不挠，中不为下

目录：

一.再探构造函数

二.类型转换

三. static成员

四. 友元

五.内部类

六.匿名对象

七.对象拷⻉时的编译器优化

正文:

1. 再探构造函数

• 之前我们实现构造函数时，初始化成员变量主要使⽤函数体内赋值，构造函数初始化还有⼀种⽅式，就是初始化列表，初始化列表的使⽤⽅式是以⼀个冒号开始，接着是⼀个以逗号分隔的数据成员列表，每个"成员变量"后⾯跟⼀个放在括号中的初始值或表达式。
• 每个成员变量在初始化列表中只能出现⼀次，语法理解上初始化列表可以认为是每个成员变量定义初始化的地⽅。
• 引⽤成员变量，const成员变量，没有默认构造的类类型变量，必须放在初始化列表位置进⾏初始化，否则会编译报错。

解释： 引用成员变量，const 成员变量在语法上要求定义时要初始化。而初始化列表就是类成员变量定义初始化的地方。没有默认构造的类成员变量如果不放在初始化列表，那么他在构造函数体内不会初始化（构造函数体内类成员变量初始化只能调用默认构造函数）

• C++11⽀持在成员变量声明的位置给缺省值，这个缺省值主要是给没有显⽰在初始化列表初始化的成员使⽤的。

解释： 这个缺省值充当了成员变量的默认初始值，如果在初始化列表，函数体内都没有初始化 则该变量被这个默认初始化赋值（一般用于内置类型）

• 尽量使⽤初始化列表初始化，因为那些你不在初始化列表初始化的成员也会⾛初始化列表，如果这个成员在声明位置给了缺省值，初始化列表会⽤这个缺省值初始化。如果你没有给缺省值，对于没有显⽰在初始化列表初始化的内置类型成员***是否初始化取决于编译器，***C++并没有规定。对于没有显⽰在初始化列表初始化的⾃定义类型成员会调⽤这个成员类型的默认构造函数，如果没有默认构造会编译错误。

解释： 总体上可以理解初始化优先级为 初始化列表 > 函数体内 > 默认初始值

• 初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进⾏初始化，跟成员在初始化列表出现的的先后顺序⽆关。建议声明顺序和初始化列表顺序保持⼀致。

初始化列表总结：
⽆论是否显⽰写初始化列表，每个构造函数都有初始化列表；
⽆论是否在初始化列表显⽰初始化成员变量，每个成员变量都要⾛初始化列表初始化；

代码解释：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
using namespace std;
class Time
{
public:
Time(int hour)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date(int& x, int year = 1, int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
, _t(12)
, _ref(x)
, _n(1)
{
// error C2512: “Time”: 没有合适的默认构造函数可⽤
// error C2530 : “Date::_ref” : 必须初始化引⽤
// error C2789 : “Date::_n” : 必须初始化常量限定类型的对象
}
void Print() const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
Time _t; // 没有默认构造
int& _ref; // 引⽤
const int _n; // const
};
int main()
{
int i = 0;
Date d1(i);
d1.Print();
return 0;
}

#include
using namespace std;
class Time
{
public:
Time(int hour)
:_hour(hour)
{
cout << "Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
};
class Date
{
public:
Date()
:_month(2)
{
cout << "Date()" << endl;
}
void Print() const
{
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
}
private:
// 注意这⾥不是初始化，这⾥给的是缺省值，这个缺省值是给初始化列表的
// 如果初始化列表没有显⽰初始化，默认就会⽤这个缺省值初始化
int _year = 1;
int _month = 1;
int _day;
Time _t = 1;
const int _n = 1;
int* _ptr = (int*)malloc(12);
};
int main()
{
Date d1;//d1._year在初始化列表没有显示定义，函数体内没有赋值，则为默认初始值
d1.Print();
return 0;
}

考题：
下⾯程序的运⾏结果是什么（）
A. 输出 1 1
B. 输出 2 2
C. 编译报错
D. 输出 1 随机值
E. 输出 1 2
F. 输出 2 1

#include
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a)
:_a1(a)
, _a2(_a1)
{}
void Print() {
cout << _a1 << " " << _a2 << endl;
}
private:
int _a2 = 2;
int _a1 = 2;
};
int main()
{
A aa(1);
aa.Print();
}

答案：D

解释： A aa(1)调用构造函数 将1传给a 进入构造函数体 前会先进入初始化列表，显示初始化的成员变量顺序为类里的成员变量的声明顺序 即先a2,在a1 此时a1还没初始化默认初始值为由编辑器决定VS下是初始值，将a1的值赋值给a2 ，接着将a的值赋值给a1

2. 类型转换

• C++⽀持内置类型隐式类型转换为类类型对象，需要有相关内置类型为参数的构造函数
• 构造函数前⾯加explicit就不再⽀持隐式类型转换
• 类类型的对象之间也可以隐式转换，需要相应的构造函数⽀持

代码解释：

#include
using namespace std;
class A
{
public:
// 构造函数explicit就不再⽀持隐式类型转换
// explicit A(int a1)
A(int a1)
:_a1(a1)
{}
//explicit A(int a1, int a2)
A(int a1, int a2)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
void Print()
{
cout 优化为直接构造
A aa1 = 1;
aa1.Print();
const A& aa2 = 1;
// C++11之后才⽀持多参数转化
A aa3 = { 2,2 };
// aa3隐式类型转换为b对象
// 原理跟上⾯类似
B b = aa3;
const B& rb = aa3;
return 0;
}

3. static成员

• ⽤static修饰的成员变量，称之为静态成员变量，静态成员变量⼀定要在类外进⾏初始化。
• 静态成员变量为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，不存在对象中，存放在静态区。
• ⽤static修饰的成员函数，称之为静态成员函数，静态成员函数没有this指针。
• 静态成员函数中可以访问其他的静态成员，但是不能访问⾮静态的，因为没有this指针
• ⾮静态的成员函数，可以访问任意的静态成员变量和静态成员函数
• 突破类域就可以访问静态成员，可以通过类名::静态成员 或者 对象.静态成员 来访问静态成员变量和静态成员函数。
• 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制。
• 静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是给构造函数初始化列表的，静态成员变量不属于某个对象，不⾛构造函数初始化列表

代码解释：

#include
using namespace std;
class A
{
public:
A()
{
++_scount;
}
A(const A& t)
{
++_scount;
}
~A()
{
--_scount;
}
static int GetACount()
{
return _scount;
}
private:
// 类⾥⾯声明
static int _scount;
};
// 类外⾯初始化
int A::_scount = 0;
int main()
{
cout << A::GetACount() << endl;
A a1, a2;
A a3(a1);
cout << A::GetACount() << endl;
cout << a1.GetACount() << endl;
// 编译报错：error C2248: “A::_scount”: ⽆法访问 private 成员(在“A”类中声明)
//cout << A::_scount << endl;
return 0;
}

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class Sum
{
public:
Sum()
{
_ret += _i;
++_i;
}
static int GetRet()
{
return _ret;
}
private:
static int _i;
static int _ret;
};
int Sum::_i = 1;
int Sum::_ret = 0;
class Solution {
public:
int Sum_Solution(int n) {
// 变⻓数组
Sum arr[n];
return Sum::GetRet();
}
};

4. 友元

• 友元提供了⼀种突破类访问限定符封装的⽅式，友元分为：友元函数和友元类，在函数声明或者类声明的前⾯加friend，并且把友元声明放到⼀个类的⾥⾯。
• 外部友元函数可访问类的私有和保护成员，友元函数仅仅是⼀种声明，他不是类的成员函数
• 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。
  友元类中的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私有和保护成员
• 友元类的关系是***单向的，不具有交换性，***⽐如A类是B类的友元，但是B类不是A类的友元。
• • 友元类关系不能传递，如果A是B的友元， B是C的友元，但是A不是C的友元。
• 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。

代码解释：

#include
using namespace std;
// 前置声明，都则A的友元函数声明编译器不认识B
class B;
class A
{
// 友元声明
friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:
int _a1 = 1;
int _a2 = 2;
};
class B
{
// 友元声明
friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:
int _b1 = 3;
int _b2 = 4;
};
void func(const A& aa, const B& bb)
{
cout << aa._a1 << endl;
cout << bb._b1 << endl;
}
int main()
{
A aa;
B bb;
func(aa, bb);
return 0;
}

#include
using namespace std;
class A
{
// 友元声明
friend class B;
private:
int _a1 = 1;
int _a2 = 2;
};
class B
{
public:
void func1(const A& aa)
{
cout << aa._a1 << endl;
cout << _b1 << endl;
}
void func2(const A& aa)
{
cout << aa._a2 << endl;
cout << _b2 << endl;
}
private:
int _b1 = 3;
int _b2 = 4;
};
int main()
{
A aa;
B bb;
bb.func1(aa);
bb.func1(aa);
return 0;
}

5.内部类

• 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，跟定义在全局相⽐，他只是受外部类类域限制和访问限定符限制，所以外部类定义的对象中不包含内部类。
• 内部类默认是外部类的友元类。(内部类的成员函数可以访问外部类的成员变量)
• 内部类本质也是⼀种封装，当A类跟B类紧密关联，A类实现出来主要就是给B类使⽤，那么可以考虑把A类设计为B的内部类，如果放到private/protected位置，那么A类就是B类的专属内部类，其
  他地⽅都⽤不了。

B为主体，A为工具

代码解释：

#include
using namespace std;
class A
{
private:
static int _k;
int _h = 1;
public:
class B // B默认就是A的友元
{
public:
void foo(const A& a)
{
cout << _k << endl; //OK
cout << a._h << endl; //OK
}
int _b1;
};
};
int A::_k = 1;
int main()
{
A aa;
cout << sizeof(A) << endl;//不包含B的字节数 B是独立的类只是受类域和
//访问限定符的限制
A::B b;//想要用B 要指定类域 不然编译器只在全局和局部扫描不到
b.foo(aa);
return 0;
}

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class Solution {
// 内部类
class Sum
{
public:
Sum()
{
_ret += _i;
++_i;
}
};
static int _i;
static int _ret;
public:
int Sum_Solution(int n) {
// 变⻓数组
Sum arr[n];
return _ret;
}
};
int Solution::_i = 1;
int Solution::_ret = 0;

6. 匿名对象

• ⽤ 类型(实参) 定义出来的对象叫做匿名对象，相⽐之前我们定义的 类型 对象名(实参) 定义出来的叫有名对象
• 匿名对象⽣命周期只在当前⼀⾏，⼀般临时定义⼀个对象当前⽤⼀下即可，就可以定义匿名对象。

class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
class Solution {
public:
int Sum_Solution(int n) {
//...
return n;
}
};
int main()
{
A aa1;
// 不能这么定义对象，因为编译器⽆法识别下⾯是⼀个函数声明，还是对象定义
//A aa1();
// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点不⽤取名字，
// 但是他的⽣命周期只有这⼀⾏，我们可以看到下⼀⾏他就会⾃动调⽤析构函数
A();
A(1);
A aa2(2);
// 匿名对象在这样场景下就很好⽤，当然还有⼀些其他使⽤场景，这个我们以后遇到了再说
Solution().Sum_Solution(10);
return 0;
}

7. 对象拷⻉时的编译器优化

• 现代编译器会为了尽可能提⾼程序的效率，在不影响正确性的情况下会尽可能减少⼀些传参和传返回值的过程中可以省略的拷⻉。
• 如何优化C++标准并没有严格规定，各个编译器会根据情况⾃⾏处理。当前主流的相对新⼀点的编译器对于连续⼀个表达式步骤中的连续拷⻉会进⾏合并优化，有些更新更"激进"的编译器还会进⾏跨⾏跨表达式的合并优化。
• linux下可以将下⾯代码拷⻉到test.cpp⽂件，编译时⽤ g++ test.cpp -fno-elide-constructors 的⽅式关闭构造相关的优化。

#include
using namespace std;
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a1(a)
{
cout 优化为直接构造
f1(1);
// ⼀个表达式中，连续构造+拷⻉构造->优化为⼀个构造
f1(A(2));
cout 优化⼀个拷⻉构造 （vs2019 debug）
// ⼀些编译器会优化得更厉害，进⾏跨⾏合并优化，将构造的局部对象aa和拷⻉的临时对象
//和接收返回值对象aa2优化为⼀个直接构造。（vs2022 debug）
A aa2 = f2();
cout ⽆法优化（vs2019 debug）
// ⼀些编译器会优化得更厉害，进⾏跨⾏合并优化，将构造的局部对象aa和拷⻉临时对象合
//并为⼀个直接构造（vs2022 debug）
aa1 = f2();
cout << endl;
return 0;
}

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结语：

到这里，C++ 类和对象上、中、下三篇的完整内容就全部收尾啦！在最后这篇里，我们不仅补上了构造函数的 “关键细节”—— 把初始化列表的使用场景和优势讲透，还深入拆解了 static 成员的生命周期特性、友元的访问权限逻辑、内部类的嵌套关系，最后通过对象拷贝的编译器优化案例，摸清了 C++ 底层对代码效率的隐性提升思路。

这三篇内容从 “类的基础框架” 到 “成员函数核心逻辑”，再到 “高阶特性与优化”，其实是一套完整的 C++ 面向对象入门逻辑链 —— 它们不是孤立的知识点，而是后续学继承、多态、STL 的 “地基”。比如 static 成员的内存分配逻辑，会直接影响你对 “类与对象资源共享” 的理解；友元与内部类的设计，也会帮你在实际项目中平衡 “封装性” 和 “代码灵活性”。

特别感谢大家一路追更这三篇内容！如果这些知识点帮你理清了类和对象的学习脉络，不妨给这篇收尾文点个赞 + 收藏，也欢迎在评论区分享你的学习疑问或实践心得～后续这个「C++：从代码到机器」专栏，还会继续拆解 C++ 的核心语法、内存模型、实战案例，咱们一起从 “会写代码” 到 “懂代码背后的机器逻辑”，稳步进阶！