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【C++】类和对象（下）：友元、static成员、内部类、explicit 和匿名对象

news 来源：原创 2025/7/6 23:40:26

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前言
一、友元
二、static成员
三、内部类
四、隐式类型转换（加explicit可以阻止隐式类型转换）
五、匿名对象

前言

一、友元（友元函数和友元类）
二、static成员（类中被static修饰的成员变量和成员函数）
三、内部类（如果⼀个类定义在另⼀个类的内部，这个类就叫做内部类）
四、隐式类型转换（加explicit可以阻止隐式类型转换）
五、匿名对象

一、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。

友元函数的特点：

• 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。

友元类的特点：

• 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，比如声明了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。

友元有时能为我们提供便利，但是友元会增加耦合度，破坏了封装，所以友元不宜多用。

（1）报错的示例(外部函数无法直接访问类对象的private部分)：

#include<iostream>
using namespace std;class A
{
private:int _a1 = 5;
};
class B
{
private:int _b1 = 3;
};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;
}

在这里插入图片描述
那么外部函数要如何才能访问类对象的private部分，有一个办法就是在类中声明这个外部函数是它的友元函数，外部友元函数可以访问类对象的私有和保护成员，如下：

#include<iostream>
using namespace std;
class B;// 前置声明，防止A中友元函数声明时，编译器不认识Bclass A
{// 友元函数声明friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:int _a1 = 5;
};class B
{// 友元函数声明friend void func(const A& aa, const B& bb);
private:int _b1 = 3;
};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;
}

在这里插入图片描述
（2）示例（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。）：

#include<iostream>
using namespace std;class A
{friend class B;// 友元类声明
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.func2(aa);return 0;
}

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二、static成员

static成员指的是类中被static修饰的成员变量和成员函数。

static修饰的成员变量：

• 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，且其初始化时不受访问限定符的限制。
• 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。
• 静态成员变量不能在声明位置给缺省值初始化，因为缺省值是个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。

static修饰的成员函数：

• 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成员，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。
• 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制。
• 突破类域就可以访问静态成员（前提是静态成员被public限定），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。

（1）示例（static修饰的成员变量）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:private:static int _scount;// 类里⾯声明
};
// 静态成员变量⼀定要在类外进行初始化，且其初始化时不受访问限定符的限制
int A::_scount = 0;int main()
{A a;cout << sizeof(a) << endl;// A类对象大小为1，证明静态成员变量不存在对象中return 0;
}

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（2）示例（static修饰的成员函数；突破类域就可以访问静态成员）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:static int GetACount(){return _scount++;// 静态成员函数中可以访问其他的静态成员}
private:static int _scount;// 类⾥⾯声明
};
// 静态成员变量⼀定要在类外进行初始化，且其初始化时不受访问限定符的限制
int A::_scount = 0;int main()
{cout << A::GetACount() << endl;A a1;cout << a1.GetACount() << endl;// 突破类域就可以访问静态成员（前提是静态成员被public限定），// 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。return 0;
}

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（3）示例（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）：

// 实现⼀个类，能计算程序中创建出了多少个类对象？
#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(){++_scount;// 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}static int GetACount(){return _scount;}
private:static int _scount;
};
int A::_scount = 0;int main()
{cout << A::GetACount() << endl;A a1;cout << a1.GetACount() << endl;A a2, a3;cout << a2.GetACount() << endl;return 0;
}

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三、内部类

• 如果⼀个类定义在另⼀个类的内部，这个类就叫做内部类。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。
• 内部类本质也是⼀种封装，当A类跟B类紧密关联，A类实现出来就是给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。

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
private:static int _k;int _h = 5;public:class B // 内部类默认是外部类的友元类，所以B默认就是A的友元{       public:void fun(const A& a){cout << _k << endl; cout << a._h << endl; cout << _b << endl;}private:int _b = 1;};
};
int A::_k = 10;int main()
{A a;// A类对象大小大小为4，所以外部类定义的对象中不包含内部类cout << "A类对象大小:" << sizeof(a) << endl;// 内部类受到外部类的类域和访问限定符限制，定义内部类对象要指定类域A::B b;b.fun(a);return 0;
}

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四、隐式类型转换（加explicit可以阻止隐式类型转换）

• 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。
• 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
• 构造函数前面加explicit就不再支持隐式类型转换。

（1）示例（只要有相关内置类型为参数的构造函数，内置类型就可以隐式类型转换为类类型对象）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a1)// A类的单参数构造函数:_a1(a1){}A(int a1, int a2)// A类的双参数构造函数:_a1(a1), _a2(a2){}void Print(){cout << _a1 << " " << _a2 << endl;}
private:int _a1 = 10;int _a2 = 5;
};int main()
{// 1 被传给A类的单参数构造函数，来构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa1A aa1 = 1;aa1.Print();// { 2,2 } 被传给A类的双参数构造函数，来构造⼀个A的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造aa2A aa2 = { 2,2 };aa2.Print();// 由于 1 构造的是⼀个A的临时对象，而临时对象是具有常属性的，// 如果想要引用这个临时对象的话，必须使用const引用，使用普通引用会报错const A& aa3 = 1;return 0;
}

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（2）示例（类类型的对象之间也可以隐式转换，但需要相应的构造函数支持）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a1):_a1(a1){}int Get() const{return _a1 + _a2;}
private:int _a1 = 10;int _a2 = 5;
};class B
{
public:B(const A& a)// B类的构造函数:_b(a.Get()){}void Print(){cout << _b << endl;}
private:int _b = 0;
};int main()
{A aa1 = 2;// aa1 被传给B类的构造函数，来构造⼀个B的临时对象，再⽤这个临时对象拷⻉构造bb1B bb1 = aa1;bb1.Print();return 0;
}

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（3）报错的示例（构造函数前面加explicit就不再支持隐式类型转换）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:// 构造函数前加explicit就不再⽀持隐式类型转换explicit A(int a1):_a1(a1){}int Get() const{return _a1 + _a2;}
private:int _a1 = 10;int _a2 = 5;
};class B
{
public:// 构造函数前加explicit就不再⽀持隐式类型转换explicit B(const A& a):_b(a.Get()){}void Print(){cout << _b << endl;}
private:int _b = 0;
};int main()
{A aa1 = 2;// A类构造函数不再支持这种隐式类型转换，直接报错B bb1 = aa1;// B类构造函数不再支持这种隐式类型转换，直接报错bb1.Print();return 0;
}

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explicit 关键字只阻止隐式类型转换，但不阻止显式类型转换。我们使用显式类型转换可以突破explicit 的限制，之前的那些转换过程照常进行：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:// 构造函数前加explicit就不再⽀持隐式类型转换explicit A(int a1):_a1(a1){}int Get() const{return _a1 + _a2;}
private:int _a1 = 10;int _a2 = 5;
};class B
{
public:// 构造函数前加explicit就不再⽀持隐式类型转换explicit B(const A& a):_b(a.Get()){}void Print(){cout << _b << endl;}
private:int _b = 0;
};int main()
{// 在 C++ 中，当一个构造函数被声明为 explicit，它阻止了编译器调用它进行隐式类型转换。// 这里使用了显式类型转换 (A) 和 2 来创建A类的临时对象，再去拷贝构造aa1，这是合法的，// 因为 explicit 关键字只阻止隐式类型转换，但不阻止显式类型转换.A aa1 = (A)2;B bb1 = (B)aa1;bb1.Print();return 0;
}

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五、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。

（1）示例（匿名对象的定义及其生命周期）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A(int a)" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a;
};int main()
{// A aa1(); 不能这么定义对象，因为编译器⽆法识别这是⼀个函数声明，还是对象定义// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点是不⽤取名字，// 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(2);return 0;
}

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（2）示例（引用匿名对象可以延长它的生命周期）：

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:A(int a = 0):_a(a){cout << "A(int a)" << endl;}~A(){cout << "~A()" << endl;}
private:int _a;
};int main()
{// 匿名对象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();// 我们可以引用匿名对象，不过必须要使用const引用，// 因为匿名对象和临时变量类似，都具有常属性。// 匿名对象被引用后，⽣命周期不再只有⼀⾏，它的生命周期跟引用其的aa一致const A& aa = A(1);A(2);return 0;
}

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（3）示例（匿名对象在创建的同时可以调用成员函数）：

#include<iostream>
using namespace std;
class Solution 
{
public:int Sum_Solution(int n) {cout << n << endl;return n;}
};int main()
{Solution s1;s1.Sum_Solution(10);// 匿名对象在创建的同时可以调用成员函数Solution().Sum_Solution(10);return 0;
}

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前言

一、友元

二、static成员

三、内部类

四、隐式类型转换（加explicit可以阻止隐式类型转换）

五、匿名对象

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