《C++ 类与对象进阶下：从初始化列表到编译器优化，吃透 7 大核心特性》

🔥个人主页：爱和冰阔乐
📚专栏传送门：《数据结构与算法》 、C++
🐶学习方向：C++方向学习爱好者
⭐人生格言：得知坦然 ，失之淡然

文章目录

• 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、对象拷贝时的编译器优化
• 总结

一、再探构造函数

1. 在类和对象上的文章中我们介绍了实现构造函数的初始化成员的一种方式：使用函数体内赋值，构造函数初始化还有一种方式也就是本文要介绍的初始化列表，初始化列表使用方式是以一个冒号开始，接着是一个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，我们来看看具体示例如下：

#includeusing namespace std;class Date{public ://初始化列表是每个成员变量定义的地方Date(int year, int month, int day): _year(year),_month(month),_day(day),_n(1){ }void Print() const {cout << _year << \"-\" << _month << \"-\" << _day << endl;}private: //成员的申明int _year;int _month;int _day; //必须在初始化列表初始化const int _n;int& _ref;};int main(){ //对象整体的定义Date d1(2025, 8, 18);d1.Print();return 0;}

2. 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，在下面实践，我们发现将_year初始化两次会报错
   

3. 思考下，初始化有了函数体内赋值，出现初始化列表是为了解决那哪些问题？

在下面代码我们发现const修饰的成员变量如果在函数体内赋值变会报错，我们仔细分析下，被const修饰后的变量是只读，其值在初始化后不可被修改，这意味着它必须在创建时即定义就完成初始化（即 “诞生” 时就有确定的值），而不能先创建一个未初始化的 const 变量，再在后续步骤中赋值（这本质上是 “修改” 操作，违反 const 语义）。

引用成员也必须在初始化列表初始化，这也很容易理解，引用就是取别名，在C++入门基础中有介绍，引用定义时必须有指向的对象，且一旦绑定后，就不能再改为绑定其他对象（不可 “重新赋值”），因此引用也必须使用初始化列表初始化

没有默认构造的类类型变量必须在初始化列表进行初始化，如下面代码，Time类型的_t是自定义类型，编译器会自动调用其的默认构造函数来初始化它（除非在初始化列表中显式指定其他构造函数），但是如果没有默认构造且没有在初始化列表中进行初始化便会报错

注意：当一个类（如 Date）的对象被创建时，其成员变量会先于构造函数体执行前被初始化

#includeusing namespace std;class Time{public:Time(int hour=0):_hour(hour){cout << \"Time()\" << endl;}private:int _hour;};class Date{public :Date(int& xx,int year, int month, int day): _year(year), _month(month), _day(day) , _n (1),_ref(xx){ }void Print() const {cout << _year << \"-\" << _month << \"-\" << _day << endl;}private:int _year;int _month;int _day;const int _n;int& _ref;Time _t;};int main(){int x = 0;Date d1(x,2025, 8, 18);d1.Print();return 0;}

初始化列表和函数体内赋值是可以混着用的，有时候也必须混着用，例如在定义指针时需要malloc的情况（需要判断申请空间的状态）

总结：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

我们如果在定义时没有给如day这样不是上述所说必须初始化的变量进行初始化，它们还是会走初始化列表

4. 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（区分申明和定义：申明不开空间，定义开空间），如果在初始化列表中没有写就使用缺省值初始化，写了就用初始化列表显示的值，缺省值这里不仅可以给值还可以是表达式
   
5. • 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

简单总结下上面5个小点:每个成员都要走初始化列表

1.在初始化列表的成员就走初始化列表（显示写）

2.没有在初始化列表的成员（不显示写）分为两类

   a.申明的地方有缺省值就用缺省值   

   b.如果没有缺省值   
       x:内置类型，不确定是否初始化，看编译器,大概率是随机值
       y:自定义类型，调用默认构造，没有默认构造就编译报错      

3.引用 const 没有默认构造自定义，必须在初始化列表初始化

6. 初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进⾏初始化（申明的顺序就是其在内存存放的顺序），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

根据第6点我们来看一下一个经典的题目

#includeusing 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();}

我们来先看下VS编译器运行的结果：

首先根据第六点，初始化列表中按照成员变量在类中声明顺序进⾏初始化，因此A错误，其次，对象定义的瞬间就会分配内存空间，空间分配是定义的一部分，因此编译器不可能报错，然后我们仔细分析下，由于_a2给的是随机值，因此结果为D

二、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

三、static成员

1. 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
   

2.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

3. 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

   那么为啥静态成员函数没有this指针？首先this指针是将函数调用和具体的实例化对象关联起来，而 静态成员函数属于类本身，而非类的某个具体实例，它不依赖于任何对象实例存在 —— 可以直接通过类名调用，无需创建对象，因此不存在有具体的对象，那么就不需要使用this，同样因为静态成员函数没有this（只有房子图纸不可以使用建好房子里面的东西）即不可以访问非静态的成员函数

4. 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
   

   

5. 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

6. 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

7. 静态成员也是类的成员，受public、protected、private访问限定符的限制

8.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

下面我们通过牛客网上的一道题来感受下
求1+2+3+…+n传送门

题目限定不能使用以上的一些函数，那么我们经过判断发现循环，递归无法使用，于是我们想到有没有一种方法可以记录累加，显而易见，static可以，因为static变量具有共享性，通过定义数组来调用n次构造

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) { Sum a[n]; return Sum::GetRet(); }};

四、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。

#includeusing namespace std;// 前置声明，否则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;}

• 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,如下代码

#includeusing 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;}

• 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。（比如A喜欢B，但B不喜欢A一样，是单向恋情，除非A和B均定义成对方的友元即互相喜欢）（我要访问你要成为你的朋友，你要访问我你要成为我的朋友）

• 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。（就比如我是你的朋友，你是特郎普的朋友，我不是特郎普的朋友一个道理）

• 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

五、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（如果定义在私有里面，则外面不可以访问），所以外部类定义的对象中不包含内部类。

我们来看下下面的一段代码来分析下内部类是否包含于其的外部类

#includeusing 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; //OKcout << a._h << endl; //OK}private:int _b = 1;};};int main(){cout << sizeof(A) << endl;return 0;}

首先静态成员不算在类里面，其次int类型的_h占四个字节，最后打印结果是四个字节，因此我们可以得出外部类定义的对象中不包含内部类

我们不能直接访问B的类，必须通过A来访问否则报错

• 内部类默认是外部类的友元类（即内部类可以访问外部类的成员）

• 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

六、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。（有名对象相当于长期使用的杯子，匿名对象相当于一次性杯子，用完就丢掉）

七、对象拷贝时的编译器优化

• 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-elideconstructors
的⽅式关闭构造相关的优化

#includeusing namespace std;class A{public:A(int a = 0):_a1(a){cout << \"A(int a)\" << endl;}A(const A& aa):_a1(aa._a1){cout << \"A(const A& aa)\" << endl;}A& operator=(const A& aa){cout << \"A& operator=(const A& aa)\" << endl;if (this != &aa){_a1 = aa._a1;}return *this;}~A(){cout << \"~A()\" << endl;}private: int _a1 = 1;};void f1(A aa){}A f2(){A aa;return aa;}int main(){// 传值传参 // 构造+拷⻉构造 A aa1;f1(aa1);cout << endl;// 隐式类型，连续构造+拷⻉构造->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 << endl;cout << \"***********************************************\" << endl;// 传值返回 // 不优化的情况下传值返回，编译器会⽣成⼀个拷⻉返回对象的临时对象作为函数调⽤表达式的返回值// ⽆优化 （vs2019 debug） // ⼀些编译器会优化得更厉害，将构造的局部对象和拷⻉构造的临时对象优化为直接构造（vs2022 debug）f2();cout << endl;// 返回时⼀个表达式中，连续拷⻉构造+拷⻉构造->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 << endl;// ⼀个表达式中，开始构造，中间拷⻉构造+赋值重载->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;}

总结

   C++ 类与对象的进阶特性，是理解面向对象编程深层逻辑的关键。从初始化列表对成员变量的精细化管理，到类型转换中 explicit 关键字的约束作用；从 static 成员实现类级别的数据共享与操作，到友元机制在封装与灵活性间的平衡；再到内部类的紧密关联设计、匿名对象的临时便捷使用，以及编译器对对象拷贝的智能优化 —— 这些特性相互配合，既解决了初始化限制、数据共享、封装突破等实际问题，也为代码的高效性与优雅性提供了支撑，是写出高质量 C++ 类代码的核心知识体系