第9章 靜態(tài)與友元

第九章靜態(tài)與友元

9.1靜態(tài)

9.2友元

9.3案例實(shí)戰(zhàn)第一節(jié)：靜態(tài)9.1.靜態(tài)共享單車、共享汽車、共享充電寶等共享經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品層出不窮，給大家?guī)?lái)很多方便，節(jié)約了社會(huì)資源。類的對(duì)象數(shù)據(jù)成員是獨(dú)立的，不同對(duì)象的數(shù)據(jù)成員各有其值，互不相干。如果要共享某一個(gè)數(shù)據(jù)成員，該如何實(shí)現(xiàn)呢？問(wèn)題9.1.靜態(tài)C++靜態(tài)成員作為類的一種成員，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)對(duì)象之間的數(shù)據(jù)共享，而且使用靜態(tài)成員還不會(huì)破壞信息隱蔽的原則，保證了程序的安全性。靜態(tài)成員包括靜態(tài)數(shù)據(jù)成員和靜態(tài)成員函數(shù)。9.1.1靜態(tài)數(shù)據(jù)成員類的普通數(shù)據(jù)成員在類的每一個(gè)對(duì)象中都有自己的一個(gè)存儲(chǔ)空間，可以存儲(chǔ)不同的數(shù)值。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員是類數(shù)據(jù)成員的一種特例，每個(gè)類只為靜態(tài)數(shù)據(jù)成員分配一個(gè)存儲(chǔ)空間，它由該類的所有對(duì)象共同擁有，從而實(shí)現(xiàn)了同一個(gè)類不同對(duì)象之間的數(shù)據(jù)共享。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員具有靜態(tài)生存期，從程序運(yùn)行時(shí)存在，直到程序運(yùn)行結(jié)束。聲明靜態(tài)數(shù)據(jù)成員格式：static數(shù)據(jù)類型

靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名;9.1.1靜態(tài)數(shù)據(jù)成員注意：靜態(tài)數(shù)據(jù)成員要求在類內(nèi)聲明，類外初始化。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員初始化格式：

數(shù)據(jù)類型類名::靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名=初始值;靜態(tài)成員如果沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行初始化，則自動(dòng)賦初值為0。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員訪問(wèn)方式：在類外通過(guò)類名進(jìn)行訪問(wèn)，也允許用對(duì)象名進(jìn)行訪問(wèn)。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的訪問(wèn)形式：

類名::靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名;對(duì)象名.靜態(tài)數(shù)據(jù)成員名注意：靜態(tài)數(shù)據(jù)成員受訪問(wèn)權(quán)限控制。9.1.1靜態(tài)數(shù)據(jù)成員【例如】定義一個(gè)矩形類Rectangle，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、顯示矩形面積和統(tǒng)計(jì)矩形個(gè)數(shù)的功能。#include<iostream>usingnamespacestd;classRectangle{public: Rectangle(int=0,int=0); voidShow(); intArea();

staticintcount; //聲明靜態(tài)數(shù)據(jù)成員countprivate: intlength; intwidth;};

intRectangle::count=0; //初始化靜態(tài)數(shù)據(jù)成員count9.1.1靜態(tài)數(shù)據(jù)成員Rectangle::Rectangle(intl,intw):length(l),width(w){ count++; //靜態(tài)數(shù)據(jù)成員count計(jì)數(shù)}intRectangle::Area(){ return(length*width);}voidRectangle::Show(){ cout<<"length="<<length<<""; cout<<"width="<<width<<""; cout<<"Area="<<Area()<<endl;}9.1.1靜態(tài)數(shù)據(jù)成員intmain(){ Rectanglerect1(3,3); rect1.Show();

cout<<"count="<<Rectangle::count<<endl; Rectanglerect2(3,7); rect2.Show(); cout<<"count="<<Rectangle::count<<endl; Rectanglerect3(5,5); rect3.Show();

cout<<"count="<<rect3.count<<endl; return0;}運(yùn)行結(jié)果：length=3width=3Area=9count=1length=3width=7Area=21count=2length=5width=5Area=25count=39.1.2靜態(tài)成員函數(shù)

通常當(dāng)我們定義類的數(shù)據(jù)成員時(shí)，都會(huì)將訪問(wèn)權(quán)限定義為私有，同時(shí)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員也受訪問(wèn)權(quán)限的控制。如果將靜態(tài)數(shù)據(jù)成員定義為私有的，就不能在類外進(jìn)行訪問(wèn)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常會(huì)定義對(duì)應(yīng)的公有的靜態(tài)成員函數(shù)來(lái)訪問(wèn)私有的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。問(wèn)題9.1.2靜態(tài)成員函數(shù)靜態(tài)成員函數(shù)作用：定義公有靜態(tài)成員函數(shù)來(lái)訪問(wèn)私有的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。聲明靜態(tài)成員函數(shù)的格式：static函數(shù)類型靜態(tài)成員函數(shù)名(參數(shù)表);定義靜態(tài)成員函數(shù)的格式：

函數(shù)類型類名::靜態(tài)成員函數(shù)名(參數(shù)表)

{}靜態(tài)成員函數(shù)訪問(wèn)格式：

類名::靜態(tài)成員函數(shù)名(參數(shù)表);

9.1.2靜態(tài)成員函數(shù)【例題】定義一個(gè)學(xué)生Student類，其中包括描述學(xué)生信息的學(xué)號(hào)、姓名、性別和操作系統(tǒng)課程的成績(jī)。需要完成學(xué)生信息的輸入、顯示、計(jì)算操作系統(tǒng)課程平均分的功能。classStudent{public:Student(string="",string="",char='f',double=0); voidInput(); voidShow();

staticdoubleAverage();//靜態(tài)成員函數(shù)，計(jì)算平均分 ~Student(){}private: stringnum;stringname;charsex; doublescore; //操作系統(tǒng)成績(jī)

staticintcount; //靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，記錄學(xué)生人數(shù)

staticdoublesum; //靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，求學(xué)生總分};intStudent::count=0; //初始化靜態(tài)數(shù)據(jù)成員doubleStudent::sum=0;9.1.2靜態(tài)成員函數(shù)Student::Student(stringn1,stringn2,charch,doubles):num(n1),name(n2),sex(ch),score(s){}voidStudent::Input(){cout<<"num=";cin>>num; cout<<"name=";cin>>name; cout<<"sex=";cin>>sex; cout<<"score=";cin>>score;

count++; //學(xué)生計(jì)數(shù)

sum+=score; //累加成績(jī)}voidStudent::Show(){cout<<num<<setw(N)<<name<<setw(N); if(sex=='f'||sex=='F')cout<<"female"; elsecout<<"male";cout<<setw(N)<<score<<endl;}doubleStudent::Average() //求平均分的靜態(tài)成員函數(shù){returnsum/count;}9.1.2靜態(tài)成員函數(shù)intmain(){Studentstu[N];intn,i; cout<<"inputstudentnumber:"; cin>>n; for(i=0;i<n;i++) {cout<<"number"<<i+1<<":"<<endl; stu[i].Input(); } cout<<"num"<<setw(N)<<"name"<<setw(N)<<"sex"<<setw(N)<<"score"<<endl;

for(i=0;i<n;i++)stu[i].Show();

cout<<"average="<<Student::Average()<<endl; return0;}9.1.2靜態(tài)成員函數(shù)案例總結(jié)：學(xué)生人數(shù)和成績(jī)總分定義為私有靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，實(shí)現(xiàn)了類對(duì)象共有。公有靜態(tài)成員函數(shù)average實(shí)現(xiàn)了對(duì)私有靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的訪問(wèn)，即總分除以人數(shù)得到平均分。在類的外部，這里就是主函數(shù)，直接通過(guò)類名作用域限定符調(diào)用average函數(shù)，間接實(shí)現(xiàn)了對(duì)私有靜態(tài)成員count和sum的訪問(wèn)。公有靜態(tài)成員函數(shù)把對(duì)私有靜態(tài)成員的操作實(shí)現(xiàn)了封裝，進(jìn)行統(tǒng)一處理，程序的邏輯性更強(qiáng)，安全性更高。9.1.2靜態(tài)成員函數(shù)課堂總結(jié)：（1）靜態(tài)成員受訪問(wèn)權(quán)限的控制。（2）靜態(tài)成員的訪問(wèn)方式有兩種：通過(guò)類名或通過(guò)對(duì)象名。（3）靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的初始化必須在類外，不能通過(guò)構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化。（4）靜態(tài)成員函數(shù)的作用就是為了訪問(wèn)私有的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，盡量不去訪問(wèn)非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。（5）靜態(tài)成員函數(shù)沒(méi)有this指針，因?yàn)樗粚儆谌魏我粋€(gè)對(duì)象。第二節(jié)：友元9.2.1友元函數(shù)類具有封裝和信息隱蔽的特性，只有類的成員函數(shù)才能訪問(wèn)類的私有成員，其他函數(shù)無(wú)權(quán)訪問(wèn)。為提高運(yùn)行效率，有時(shí)確實(shí)需要非成員函數(shù)能夠訪問(wèn)類的私有成員。解決訪問(wèn)類的私有成員的方法：（1）定義公有成員函數(shù)訪問(wèn)私有數(shù)據(jù)成員，通過(guò)類外調(diào)用公有成員函數(shù)達(dá)到目的；（2）使用友元機(jī)制。友元分為友元函數(shù)和友元類。9.2.1友元函數(shù)1．將普通函數(shù)聲明為友元函數(shù)聲明友元函數(shù)時(shí)，用關(guān)鍵字friend進(jìn)行說(shuō)明，可以訪問(wèn)類的私有成員。普通函數(shù)聲明為友元函數(shù)的格式：friend函數(shù)類型友元函數(shù)名(參數(shù)表);

說(shuō)明：（1）友元函數(shù)為非成員函數(shù)，一般在類中進(jìn)行聲明，在類外進(jìn)行定義；（2）友元函數(shù)的聲明可以放在類聲明中的任何位置，即不受訪問(wèn)權(quán)限的控制；（3）友元函數(shù)可以通過(guò)對(duì)象名訪問(wèn)類的所有成員，包括私有成員。9.2.1友元函數(shù)【程序舉例】定義一個(gè)點(diǎn)類Point，并求出兩點(diǎn)間的距離#include<iostream>#include<cmath>usingnamespacestd;classPoint{public: Point(int=0,int=0);//帶默認(rèn)值的構(gòu)造函數(shù) ~Point(){}//析構(gòu)函數(shù) voidShow();//顯示函數(shù)

frienddoubleDistance(Pointp1,Pointp2);//聲明為友元private: intx,y;};9.2.1友元函數(shù)Point::Point(intx1,inty1):x(x1),y(y1){}voidPoint::Show(){cout<<"("<<x<<","<<y<<")"<<endl;}doubleDistance(Pointp1,Pointp2)//求距離

{ returnsqrt((p1.x-p2.x)*(p1.x-p2.x)+(p1.y-p2.y)*(p1.y-p2.y));}intmain(){Pointp1(3,4),p2; p1.Show();p2.Show(); cout<<"Distance:"<<Distance(p1,p2)<<endl; return0;}運(yùn)行結(jié)果：(3,4)(0,0)Distance:59.2.1友元函數(shù)2．將成員函數(shù)聲明為友元函數(shù)成員函數(shù)聲明為友元函數(shù)的格式：friend函數(shù)類型類名::友元函數(shù)名(參數(shù)表);如果友元函數(shù)是一個(gè)類的成員函數(shù)，則在定義友元函數(shù)時(shí)要加上其所在類的類名。訪問(wèn)友元函數(shù)時(shí)，在友元函數(shù)的前面加上自己的對(duì)象名即可。如果同一函數(shù)需要訪問(wèn)不同類的對(duì)象，那么最適用的方法是使它成為這些不同類的友元，關(guān)鍵字friend在函數(shù)定義中不能出現(xiàn)。9.2.1友元函數(shù)【程序舉例】定義一個(gè)學(xué)生類Student和一個(gè)教師類Teacher。在教師類中定義一個(gè)能修改學(xué)生成績(jī)的成員函數(shù)。（1）定義學(xué)生類Student。classStudent{public: Student(string="",string="",double=0); ~Student(){} voidShow();private: stringnum;stringname;doublescore;};Student::Student(stringn1,stringn2,doubles):num(n1),name(n2),score(s){}voidStudent::Show(){cout<<setw(8)<<"num"<<setw(8)<<"name"<<setw(8)<<"score"<<endl; cout<<setw(8)<<num<<setw(8)<<name<<setw(8)<<score<<endl;}9.2.1友元函數(shù)（2）定義教師類Teacher，并在主函數(shù)中定義對(duì)象進(jìn)行測(cè)試。

#include<iostream>#include<string>#include<iomanip>usingnamespacestd;classTeacher{public: Teacher(string="",string=""); ~Teacher(){} voidShow_Teacher();private: stringnum;stringname;};Teacher::Teacher(stringn1,stringn2):num(n1),name(n2){}voidTeacher::Show_Teacher(){cout<<setw(8)<<"num"<<setw(8)<<"name"<<endl; cout<<setw(8)<<num<<setw(8)<<name<<endl;}9.2.1友元函數(shù)（3）在教師類中添加修改學(xué)生成績(jī)的成員函數(shù)。

#include<iostream>#include<string>#include<iomanip>usingnamespacestd;classStudent;//類的提前聲明classTeacher{public:

voidSetScore(Student&,double);//修改指定學(xué)生成績(jī) //希望能更新數(shù)據(jù)，所以學(xué)生對(duì)象必須定義為引用或者指針。

……};classStudent{……

friendvoidTeacher::SetScore(Student&stu,doubles);//聲明為友元函數(shù)};voidTeacher::SetScore(Student&stu,doubles)//修改指定學(xué)生成績(jī){

stu.score=s;}//因?yàn)槭怯言瘮?shù)，可以直接引用私有數(shù)據(jù)成員stu.score9.2.1友元函數(shù)需要說(shuō)明的幾點(diǎn)：（1）關(guān)于提前聲明：

Teacher類中聲明的成員函數(shù)SetScore(Student&,double)第一個(gè)形參是Student類對(duì)象的引用，所以要在Teacher類前加上類Student的提前聲明。（2）關(guān)于成員函數(shù)SetScore(Student&,double)：

成員函數(shù)的形參中必須給出明確的Student類對(duì)象，并更新原有的成績(jī)。所以，將形參定義為引用或指針。（3）在Teacher類的修改成績(jī)的成員函數(shù)SetScore(Student&,double)中，訪問(wèn)到了Student類的私有數(shù)據(jù)成員score，所以將它聲明為Student類的友元函數(shù)。9.2.2友元類3．友元類C++中，可將整個(gè)類聲明為另一個(gè)類的友元，稱為友元類。友元類的聲明格式：friendclass友元類名;說(shuō)明：（1）友元類的聲明同樣可以在類聲明中的任何位置；（2）友元類的所有成員函數(shù)將都成為友元函數(shù)。9.2.2友元類【程序舉例】定義一個(gè)學(xué)生類Student和一個(gè)教師類Teacher。在教師類中定義一個(gè)能修改學(xué)生成績(jī)的成員函數(shù)。#include<iostream>#include<string>#include<iomanip>usingnamespacestd;classStudent;//類的提前聲明classTeacher{public: Teacher(string="",string=""); ~Teacher(){} voidShow_Teacher(); voidSetScore(Student&,double);//修改指定學(xué)生成績(jī)private: stringnum; stringname;};9.2.2友元類classStudent{public: Student(string="",string="",double=0); ~Student(){} voidShow_Student();

friendclassTeacher;//聲明類Teacher為友元類private: stringnum; stringname; doublescore;};voidTeacher::SetScore(Student&stu,doubles)//修改指定學(xué)生成績(jī){

stu.score=s;//直接引用私有學(xué)生對(duì)象中的私有數(shù)據(jù)}9.2.2友元類需要注意：（1）友元關(guān)系具有單向性。如果聲明類A是類B的友元，則類A的所有成員

函數(shù)都將變成友元函數(shù)，都可以訪問(wèn)類B的所有成員，但類B的成員函數(shù)卻不能訪問(wèn)類A的私有和保護(hù)成員。（2）友元關(guān)系不具有傳遞性。如果類A是類B的友元，類B是類C的友元，

類C和類A之間如果沒(méi)有聲明，就沒(méi)有任何友元關(guān)系，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。（3）友元的提出方便了程序的編寫(xiě)，但是卻破壞了數(shù)據(jù)的封裝和隱蔽，應(yīng)該盡量減少友元的使用。第三節(jié)：案例實(shí)戰(zhàn)9.3.1案例實(shí)戰(zhàn)酒店管理系統(tǒng)，要求定義一個(gè)酒店類，客人類，客人類為酒店類的友元類，可以直接獲取酒店基本信息，實(shí)現(xiàn)客人的入住添加、查找、修改、刪除和瀏覽功能。9.3.1案例實(shí)戰(zhàn)案例分析（1）定義客人類。通常客人信息包括：編號(hào)，姓名，房間號(hào)和費(fèi)用以及統(tǒng)計(jì)酒店總收入、總?cè)藬?shù)。常用的基本操作包括：初始化訪客入住信息，獲取訪客編號(hào)，姓名，房間號(hào)，房費(fèi)，酒店總?cè)藬?shù)，總費(fèi)用信息，增加總?cè)藬?shù)費(fèi)用，減少總?cè)藬?shù)和顯示房客信息?？?cè)藬?shù)、總費(fèi)用聲明為靜態(tài)成員，修改總?cè)藬?shù)、費(fèi)用，獲取總?cè)藬?shù)、總費(fèi)用為靜態(tài)函數(shù)。（2）定義酒店類。酒店信息包括：酒店名稱和房間類別，基本操作初始化酒店名稱，聲明客人類為酒店的友元類，客人類的成員函數(shù)可以直接訪問(wèn)酒店的名稱和房間類別信息。（3）定義管理函數(shù)。定義管理函數(shù)，如用戶界面函數(shù)實(shí)現(xiàn)主界面，輸入操作的功能編號(hào)；檢測(cè)客人e的房間號(hào)狀態(tài)函數(shù)，檢測(cè)客人e的編號(hào)狀態(tài)，添加房客，刪除房客信息，查找房客和更新房客信息操作。（4）定義主程序。初始化酒店對(duì)象，客人對(duì)象，循環(huán)調(diào)用用戶界面函數(shù)，根據(jù)輸入編號(hào)調(diào)用各種管理函數(shù)。程序代碼#include<iostream>#include<string>#include<iomanip>#defineM100//房客最大人數(shù)usingnamespacestd;//**********客人類**********classHotal;//前置聲明classGuest{private: intNum;//客人編號(hào)； stringName;//姓名； intRoom;//房間號(hào)； intfee;//費(fèi)用； staticdoubleSum;//總收入； staticintCount;//總?cè)藬?shù)；public: Guest(int=0,string="",int=0,int=0);//初始化訪客入住信息：編號(hào)、姓名、房間號(hào)和費(fèi)用 staticdoubleSumfee();

//靜態(tài)成員函數(shù)，計(jì)算總收入； staticintpep();

//靜態(tài)成員函數(shù)，計(jì)算總?cè)藬?shù)； voidshow(Hotalh);

//顯示房客信息 voidsetName();

//設(shè)置姓名 voidsetFee();

//設(shè)置房費(fèi) intgetNum(){returnNum;}

//獲取客人編號(hào) stringgetName(){returnName;}

//獲取客人姓名 intgetRoom(){returnRoom;}

//獲取房間號(hào) intgetFee(){returnfee;}//獲取房費(fèi) voidtotal_add();

//修改靜態(tài)成員：總?cè)藬?shù)，總費(fèi)用 voidtotal_sub();

//修改靜態(tài)成員：總?cè)藬?shù)，總費(fèi)用};//初始化靜態(tài)數(shù)據(jù)成員intGuest::Count=0;doubleGuest::Sum=0;//***********酒店類*********classHota{public: Hotal(string="");private: stringHotalName;//酒店名稱 stringRoomType[3];//房間類別 friendclassGuest;//定義友元類};//**********定義各種管理函數(shù)**********intmenu();//用戶界面函數(shù)intVaild_room(Guest*e,introom);//檢測(cè)客人e的房間號(hào)狀態(tài)intVaild_Num(Guest*e,intnum);//檢測(cè)客人e的編號(hào)狀態(tài)voidaddGuest(Guest*e);//添加房客voiddeleteGuest(Guest*e,Hotalh);//刪除房客信息Guest&searchGuest(Guest*e);//查找房客voidupdateGuest(Guest*e);//更新房客信息//主程序intmain(){ Guestg[M]; Hotalh("夏季假日酒店"); while(1){ switch(menu()){ case1:addGuest(g); break; case2:{ Guestg1=searchGuest(g); g1.show(h); break; } case3:updateGuest(g); break; case4:deleteGuest(g,h); break; case5:cout<<"總?cè)藬?shù):"<<Guest::pep()<<endl; break; case6:cout<<"總費(fèi)用:"<<Guest::Sumfee()<<endl; break; case0: return0; default: cout<<"輸出有誤，請(qǐng)重新選擇!"<<endl; } } return0;}//酒店類的實(shí)現(xiàn)--略//客人類的實(shí)現(xiàn)--略//管理類函數(shù)的實(shí)現(xiàn)-部分intmenu()//用戶界面函數(shù){ cout<<"**************************************************"<<endl; cout<<"**"<<endl; cout<<"*歡迎使用房客信息管理系統(tǒng)*\n"；cout<<"**"<<endl; cout<<"*1.添加房客信息2.查詢房客信息*"<<endl; cout<<"*3.修改房客信息4.刪除房客信息*"<<endl; cout<<"*5.顯示所有房客信息6.計(jì)算總收入*"<<endl; cout<<"*0.退出系統(tǒng)