c++類開發的第三篇（講明白友元函數和this指針）

来源:https://www.cnblogs.com/ivanlee717/p/18025808
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friend_function 成員變數和函數的存儲 c++實現了封裝，數據和處理數據的操作(函數)是分開存儲的。 c++中的非靜態數據成員直接內含在類對象中，就像c語言的struct一樣。 成員函數並不會出現在對象中，而是作為類的一部分存儲在代碼段中，需要通過對象或對象指針進行調用。成員函數可以訪 ...


friend_function

成員變數和函數的存儲

c++實現了封裝，數據和處理數據的操作(函數)是分開存儲的。

  1. c++中的非靜態數據成員直接內含在類對象中，就像c語言的struct一樣。

  2. 成員函數並不會出現在對象中，而是作為類的一部分存儲在代碼段中，需要通過對象或對象指針進行調用。成員函數可以訪問類的所有成員變數和成員函數，包括私有成員，但不能直接訪問靜態變數，需要使用類名或對象來訪問。

  3. 每一個非內聯成員函數(non-inline member function)只會誕生一份函數實例.

class Regina02 {
public:
	int a;
};

class Regina03 {
public:
	int mA;
	static int sB;
};

class Regina04 {
public:
	void printMyClass() {
		cout << "Regina04 void printMyClass()" << endl;
	}
public:
	int mA;
	static int sB;

};

class Regina05 {
public:
	void printMyClass() {
		cout << "Regina05 void printMyClass()" << endl;
	}
	static void ShowMyClass() {
		cout << "Regina05 static void ShowMyClass()" << endl;
	}

在這四個類裡面，後面一個類分別比前面一個類多一個成分，為了證實C++類對象中的變數和函數是分開存儲，我們分別實例化四個對象列印大小

int main() {
	Regina02 regina02;
	Regina03 regina03;
	Regina04 regina04;
	Regina05 regina05;
	cout << "Regina02:" << sizeof(regina02) << endl; //4
	//靜態數據成員並不保存在類對象中
	cout << "Regina03:" << sizeof(regina03) << endl; //4
	//非靜態成員函數不保存在類對象中
	cout << "Regina04:" << sizeof(regina04) << endl; //4
	//靜態成員函數也不保存在類對象中
	cout << "Regina05:" << sizeof(regina05) << endl; //4
	return 0;

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發現所有的類對象大小都一樣，對於靜態成員變數和靜態成員函數，它們並不屬於類的對象，而是屬於整個類本身。它們存儲在靜態數據區，而不是存儲在類的對象中。靜態成員變數在程式運行期間只有一份實體，不隨類的對象的創建而分配記憶體，而靜態成員函數也不依賴於特定的類對象。

this指針

通過上例我們知道，c++的數據和操作也是分開存儲，並且每一個非內聯成員函數(non-inline member function)只會誕生一份函數實例，也就是說多個同類型的對象會共用一塊代碼

那麼問題是：這一塊代碼是如何區分那個對象調用自己的呢？

image-20240208150556604

c++通過提供特殊的對象指針，this指針，解決上述問題。this指針指向被調用的成員函數所屬的對象。

c++規定，this指針是隱含在對象成員函數內的一種指針。當一個對象被創建後，它的每一個成員函數都含有一個系統自動生成的隱含指針this，用以保存這個對象的地址，也就是說雖然我們沒有寫上this指針，編譯器在編譯的時候也是會加上的。因此this也稱為“指向本對象的指針”，this指針並不是對象的一部分，不會影響sizeof(對象)的結果。

　this指針是C++實現封裝的一種機制，它將對象和該對象調用的成員函數連接在一起，在外部看來，每一個對象都擁有自己的函數成員。一般情況下，並不寫this，而是讓系統進行預設設置。

this指針使用

  • 當形參和成員變數同名時，可用this指針來區分

  • 在類的非靜態成員函數中返回對象本身，可使用return *this.


class Use_this {
private:
	string name;
	int age;
public:
	/*當形參名字和成員變數名字一樣時，this指針可以區分*/
	Use_this(string name, int age) {
		// name = name; false 
		this->name = name;
		this-> age = age;
	}
	//返回對象本身的引用
	//重載賦值操作符
	//其實也是兩個參數，其中隱藏了一個this指針
	Use_this personAdd(Use_this& person) {
		string newname = this->name + person.name;
		int newage = person.age + this->age;
		Use_this newperson(newname, newage);
		return Use_this(newname, newage); 

	}
	void showPerson() {
		cout << "name: " << name << "\n" << "age: " << age << endl;
	}

};

int main(){
	Use_this person1 = Use_this("regina ", 13);
	Use_this person2 = Use_this("love Ivanlee", 14);

	person1.showPerson();
	Use_this person3 = person1.personAdd(person2);
	person3.showPerson();
	return 0;
}

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const

當 const 關鍵字用於修飾成員函數時，它表示該成員函數是一個常量成員函數，也稱為常成員函數。常成員函數有以下特點：

  1. 常成員函數不會修改對象的狀態：常成員函數承諾不會修改類的任何非靜態成員變數。這意味著在常成員函數內部，不能修改成員變數的值，除非該成員變數被聲明為 mutable。
  2. 常成員函數可以讀取對象的狀態：常成員函數可以訪問和讀取類的所有成員變數，包括非 const 成員變數。
  3. 常成員函數可以調用其他常成員函數：常成員函數可以調用其他常成員函數，因為它們都遵守不修改對象狀態的承諾。

在 C++ 中，mutable 是一個關鍵字，用於聲明類的成員變數可以在常成員函數中被修改。通常情況下，常成員函數（被 const 修飾的成員函數）不能修改類的成員變數，因為它們承諾不會改變對象的狀態。然而，有時候我們可能需要在常成員函數中修改某些變數，這時就可以使用 mutable 關鍵字。

當一個成員變數被聲明為 mutable 時，即使在常成員函數中，該成員變數仍然可以被修改。這樣做的目的是為了允許在邏輯上不改變對象狀態的情況下，修改一些與對象狀態無關的數據。

image-20240221103736592在ida裡面寫代碼的時候就能看到，當我們定義好了const成員函數時，沒有定義過的mutable的變數是不可以修改的。

友元函數

友元函數存在的主要原因是為了提供更靈活的設計和實現方式，同時在某些特定情況下確實需要直接訪問類的私有成員或保護成員。以下是一些使用友元函數的情況和原因：

  1. 訪問私有成員：有時候在類的外部需要訪問類的私有成員數據，但又不希望通過公有成員函數來實現。這種情況下，可以使用友元函數來實現對私有成員的直接訪問，提高代碼的封裝性和安全性。
  2. 提高效率：有些操作可能需要直接訪問類的私有數據，如果通過公有介面來訪問可能會降低效率。通過友元函數可以避免頻繁調用公有介面，提高程式執行效率。
  3. 實現非成員函數：某些操作與類密切相關，但又不屬於類的成員函數的範疇，這時候可以使用友元函數來實現這樣的操作。
  4. 重載運算符：在C++中，一些運算符如 <<、>> 、+ 等是可以重載的，如果想要對類進行運算符重載，並且需要直接訪問類的私有數據，可以使用友元函數來實現。（後續會解釋）
  5. 類之間的協作：有時候多個類之間需要相互訪問對方的私有成員，可以使用友元函數來實現類之間的協作。

友元語法

friend關鍵字只出現在聲明處

其他類、類成員函數、全局函數都可聲明為友元

友元函數不是類的成員，不帶this指針

友元函數可訪問對象任意成員屬性，包括私有屬性

#include<iostream>
using namespace std;

class Home;// 前向聲明 Myfriend 類
class Myfriend {
public:
	void PlayinBedroom(Home& home);
	void Eatindinningroom(Home& home);
};

class Home {
private:
	string bedroom;
	string dinningroom;
public:
	string sittingroom;
	Home() {
		bedroom = "bedroom";
		dinningroom = "dinning room";
	}
	friend void CleanMyhome(Home &home) {
		cout << "友元全局函數訪問" << home.bedroom << endl;
	}
	//成員函數做友元函數
	friend void Myfriend::PlayinBedroom(Home& home); //必須把函數內容寫在類外面
	friend void Myfriend::Eatindinningroom(Home& home);//類內只做聲明
};

void Myfriend::PlayinBedroom(Home& home) {
	std::cout << "我的朋友正在" << home.bedroom << "里玩" << std::endl;
}

void Myfriend::Eatindinningroom(Home& home) {
	std::cout << "我的朋友正在" << home.dinningroom << "里吃飯" << std::endl;
}

int main() {
	Home myHome;
	CleanMyhome(myHome); // 調用全局友元函數
	Myfriend myFriend;
	myFriend.PlayinBedroom(myHome); // 調用 Myfriend 的成員函數作為友元函數
	myFriend.Eatindinningroom(myHome); // 調用 Myfriend 的成員函數作為友元函數

	return 0;
}

image-20240221121441099

[友元類註意]

1．友元關係不能被繼承。

2．友元關係是單向的，類A是類B的朋友，但類B不一定是類A的朋友。

友元關係不具有傳遞性。類B是類A的朋友，類C是類B的朋友，但類C不一定是類A的朋友。

練習題

請編寫電視機類，電視機有開機和關機狀態，有音量，有頻道，提供音量操作的方法，頻道操作的方法。由於電視機只能逐一調整頻道，不能指定頻道，增加遙控類，遙控類除了擁有電視機已有的功能，再增加根據輸入調台功能。

首先我們要寫一下電視的功能

class TV {
	friend class Remote;
private:
	int mState; //電視狀態，開機，還是關機
	int mVolume; //電視機音量
	int mChannel; //電視頻道

public:
	enum {On,Off};
	enum {minVol, maxVol = 100};
	enum{ minChannel = 0, maxChannel = 255};
	TV() {
		mState = Off;
		mVolume = minVol;
		mChannel = minChannel;

	}
	void TurnOnorOff() {
		this->mState = (this->mState == Off ? On : Off);
	}

	//調高音量
	void VolumeUp() {
		if (this->mVolume >= maxVol) {
			return;
		}
		this->mVolume++;
	}
	void VolumeDown() {
		if (this->mVolume == minVol) {
			return;
		}
		this->mVolume--;
	}
	//更換電視頻道
	void ChannelUp() {
		if (this->mChannel >= maxChannel) {
			return;
		}
		this->mChannel++;
	}
	void ChannelDown() {
		if (this->mChannel <= minChannel) {
			return;
		}
		this->mChannel--;
	}
	//展示當前電視狀態信息
	void ShowTeleState() {
		cout << "當前電視" << (mState == On ? "已開機":"已關機") << endl;
		if (mState == On) {
			cout << "當前音量:" << mVolume << endl;
			cout << "當前頻道:" << mChannel << endl;
		}
		cout << "-------------" << endl;

	}

class Remote {
private:
	TV tv;
public:
	Remote(TV& tv) {

		this->tv = tv;
	}
	void OnOrOff() {
		tv.TurnOnorOff();
	}
	//調高音量
	void VolumeUp() {
		tv.VolumeUp();
	}
	//調低音量
	void VolumeDown() {
		tv.VolumeDown();
	}
	//更換電視頻道
	void ChannelUp() {
		tv.ChannelUp();
	}
	void ChannelDown() {
		tv.ChannelDown();
	}
	//設置頻道 遙控新增功能
	void setChannel(int chan) {
		if (chan < tv.minChannel || chan > tv.maxChannel) {
			return;
		}
		tv.mChannel = chan;
	}

	//展示電視信息
	void showTV() {
		tv.ShowTeleState();
	}
};

//直接操作電視
void test01() {

	TV television;
	television.ShowTeleState();
	television.TurnOnorOff(); //開機
	television.VolumeUp(); //增加音量+1
	television.VolumeUp(); //增加音量+1
	television.VolumeUp(); //增加音量+1
	television.VolumeUp(); //增加音量+1
	television.ChannelUp(); //頻道+1
	television.ChannelUp(); //頻道+1
	television.ShowTeleState();
}//通過遙控操作電視

void test02() {
	//創建電視
	TV television;
	//創建遙控
	Remote remote(television);
	remote.OnOrOff();
	remote.ChannelUp();//頻道+1
	remote.ChannelUp();//頻道+1
	remote.ChannelUp();//頻道+1
	remote.VolumeUp();//音量+1
	remote.VolumeUp();//音量+1
	remote.VolumeUp();//音量+1
	remote.VolumeUp();//音量+1
	remote.showTV();
}

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本文來自博客園，作者：ivanlee717，轉載請註明原文鏈接：https://www.cnblogs.com/ivanlee717/p/18025808


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