C++中的类和对象(二)

一，对象的动态建立和释放

1.什么是对象的动态建立和释放

　　通常我们创建的对象都是由C++编译器为我们在栈内存中创建的，我们无法对其进行生命周期的管理。所以我们需要动态的去建立该对象，因此我们需要在堆内存中创建对象和释放对象。在C语言中为我们提供了malloc()函数和free()函数来为我们提供在堆内存中分配变量的方式，但是在C++中引入了new和delete关键字来让我们动态的创建和释放变量。

2.new和delete关键字

• new关键字是用来在堆内存中创建变量的，格式为：Type * ptr = new Type(常量/表达式); 其参数列表中的常量/表达式可以用来给变量初始化，也可以省略不写。其返回结果为该类型的指针。如果内存分配失败则返回空指针。
• delete关键字是用来释放用new关键字创建的内存，格式为delete ptr(释放数组必须需要加中括号，delete [] ptr)。

3.new和delete关键字与malloc和free的区别

• new关键字在分配内存的时候，会根据其创建的参数调用相应的类的构造函数。delete关键字会在释放内存之前，会首先调用类的析构函数释放对象中定义的内存。
• malloc和free关键字不会去调用类的构造函数和析构函数。

4.new和delete关键字示例

# define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
# include<iostream>

using namespace std;

class Teacher
{
public:
    char * name;
    int age;
public:
    /* 无参构造函数 */
    Teacher()
    {
        name = NULL;
        age = 0;
        cout << "无参构造函数被执行..." << endl;
    }
    /* 有参构造函数 */
    Teacher(char * name, int age)
    {
        /* 在构造函数中分配堆内存 */
        this->name = new char[sizeof(name) + 1];
        /* 初始化成员变量 */
        strcpy(this->name, name);
        this->age = age;
        cout << "有参构造函数被执行..." << endl;
    }
    /* 拷贝构造函数 */
    Teacher(const Teacher &student)
    {
        /* 重新分配内存 */
        this->name = new char[sizeof(name) + 1];
        /* 初始化成员变量 */
        strcpy(this->name, name);
        this->age = age;
        cout << "拷贝构造函数被执行..." << endl;
    }
    /* 析构函数 */
    ~Teacher()
    {
        if (this->name != NULL)
        {
            delete [] this->name;
            this->name = NULL;
            this->age = 0;
        }
        cout << "析构函数被执行..." << endl;
    }
};

int main()
{
    /* 创建int变量,并释放 */
    int * a = new int;
    int * b = new int(100);
    delete a;
    delete b;
    /* 创建double变量,并释放 */
    double * c = new double;
    double * d = new double(10.1);
    delete c;
    delete d;
    /* 创建数组并释放 */
    char * e = new char[100];
    delete [] e;
    /* 创建对象并释放 */
    Teacher * stu1 = new Teacher("王刚",22);
    cout << "姓名:" << stu1->name << ",年龄:" << stu1->age << endl;
    Teacher * stu2 = new Teacher();
    delete stu1;
    delete stu2;
    /* 利用malloc和free创建对象,无法调用其构造和析构函数*/
    Teacher * stu3 = (Teacher *)malloc(sizeof(Teacher));
    free(stu3);
}

二，静态成员变量和静态成员函数

1.static关键字

　　static关键字用来声明类中的成员为静态属性。当用static关键字修饰成员后，该类所创建的对象共享static成员。无论创建了多少个对象，该成员只有一份实例。静态成员是与类相关的，是类的一种行为，而不是与该类的对象相关。

2.静态成员的概念

　　静态成员是类所有的对象的共享成员，而不是某个对象的成员，它在对象中不占用存储空间，这个成员属于整个类，而不属于具体的一个对象，所以静态成员变量无法在类的内部进行初始化，必须在类的外部进行初始化。比如定义一个学生类，那么学生对象总数可以声明为static，在构造方法中，对该变量进行加1，从而统计学生对象的数量。

3.静态成员变量总结

• 静态成员变量可以用static关键字定义，但是初始化必须在类的外面进行初始化。
• 静态成员变量可以被类及类的对象所访问和修改。
• 静态成员变量遵循类的访问控制原则，如果为private修饰，则只可以在类的内部和在类外面初始化的时候访问，不会再被其他方式访问。

4.静态成员函数总结

• 静态成员函数用static关键字定义，在静态成员函数中可以访问静态成员变量和静态成员函数，但不允许访问普通的成员变量和成员函数，因为普通的成员属于对象而不属于类。层次不一样。但是在普通成员中可以访问静态成员。
• 当静态成员函数在类中定义，但是在类的外面实现的时候，不需要再加static关键字。
• 静态成员函数没有this指针。

5.静态成员重点归纳

• 静态成员是类和类的对象的所有者，因此静态成员变量不能在类的内部进行初始化，必须在类的外部进行初始化。
• 静态成员依旧遵循private,protected,public的访问控制原则。
• 静态成员函数中没有this指针，不能访问普通的成员变量和成员函数，可以访问静态成员变量和成员函数，但是可以通过传递对象的方式访问普通成员。

6.静态成员变量演示

# include<iostream>

using namespace std;

class MyStudent
{
private:
    static int count;/* 学生对象总数 */
    char name[64];
    int age;
public:
    static int n;
public:
    MyStudent(char * name,int age)
    {
        strcpy(this->name, name);
        this->age = age;
        MyStudent::count++;/* 学生数量加1 */
    }
    void getCount()/* 普通成员函数访问静态成员变量 */
    {
        cout << "学生总数：" << MyStudent::count << endl;
    }
};
/* 静态成员变量初始化 */
int MyStudent::count = 0;
int MyStudent::n = 10;

int main()
{
    /* 测试静态成员变量 */
    MyStudent student1("王刚",22);
    student1.getCount();
    /* 对象和类方式访问静态成员变量 */
    student1.n = 100;
    MyStudent::n = 200;
}

7.静态成员函数演示

# include<iostream>

using namespace std;

class Test
{
private:
    int m;
public:
    static int n;
public:
    void setM(int m)
    {
        this->m = m;
        /* 访问静态成员函数 */
        test();
    }
public:
    static void xoxo();
    static void test()
    {
        n = 100;
        // m = 10; 不允许访问普通成员变量
        // int c = getM(); 不允许访问普通成员函数
        // this->m = 1000; this指针不存在
        cout << "static void test()函数..." << endl;
    }
};
/* 初始化静态成员 */
int Test::n = 10;
/* 类中声明,类外实现 */
void Test::xoxo()
{
    cout << "static void Test::xoxo" << endl;
}
int main()
{
    Test t;
    /* 普通成员函数访问静态成员函数 */
    t.setM(10);
    /* 成员函数的调用方式 */
    t.test();
    Test::test();
}

 三，友元函数和友元类

1.友元函数

　　当我们定义类的时候，使用private关键字修饰成员变量(成员函数)，这样做到了访问控制。有些时候，我们需要让一些函数来访问对象的私有成员(属性或方法)，C++为我们提供了友元函数这个概念，所谓的友元函数就是指这个函数是这个类的好朋友，允许让这个函数访问这个类创建的对象的私有属性和私有方法。友元函数用friend函数来声明，友元函数的声明必须在类的内部，友元函数的实现必须要在类的外部（如果友元函数的实现也在内部，那还要用友元函数干什么？），友元函数的声明位置与访问控制符无关。

2.友元函数示例

# include<iostream>
using namespace std;

/* 定义点类 */
class Point
{
private:
    int x;
    int y;
    /* 友元函数的定义：求两点的距离 */
    friend int distance(Point &p1, Point &p2);
public:
    Point(int x, int y)
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
    }
};
/* 友元函数的实现 */
int distance(Point &p1, Point &p2)
{
    int dx = p1.x - p2.x;
    int dy = p1.y - p2.y;
    return sqrt(dx*dx + dy*dy);
}

int main()
{
    Point p1(3, 4);
    Point p2(0, 0);
    int dis = distance(p1, p2);
    cout << "点(3,4)到原点的距离为：" << dis << endl;
}

3.友元类

• 若B类是A类的友元类，则B类的所有成员函数都是A类的友元函数。类B可以访问类A的所有私有属性和方法。
• 友元类通常被设计为一种对数据操作或者类之间传递消息的辅助类。

4.友元类示例

# include<iostream>
using namespace std;

/* 定义类A */
class A
{
private:
    int x;
    friend class B;/* 定义类B为类A的友元类 */
private:
    void setX(int x)
    {
        this->x = x;
    }
};

/* 定义类B */
class B
{
private:
    A AObj;
public:
    /* 类B的所有成员函数都是类A的友元函数,因此都可以访问类A的私有属性和方法 */
    void operater(int tmp)
    {
        AObj.setX(tmp);
    }
    void display()
    {
        cout << "类A的私有属性x = " << AObj.x << endl;
    }
};

int main()
{
    B b;
    b.operater(100);
    b.display();

    return 0;
}