《靜態(tài)成員與友元》課件

靜態(tài)成員與友元本節(jié)課將介紹靜態(tài)成員和友元函數(shù)的概念，并探討它們在C++編程中的應(yīng)用。課程導(dǎo)入課程目標(biāo)理解靜態(tài)成員和友元函數(shù)的概念。掌握靜態(tài)成員和友元函數(shù)的聲明、定義和使用方式。能夠利用靜態(tài)成員和友元函數(shù)解決實(shí)際問題。學(xué)習(xí)要點(diǎn)靜態(tài)成員：靜態(tài)數(shù)據(jù)成員、靜態(tài)成員函數(shù)。友元函數(shù)：友元函數(shù)、友元類。靜態(tài)成員和友元函數(shù)的應(yīng)用場景。概念解釋靜態(tài)成員是屬于類本身，而不是屬于類的具體對象。友元函數(shù)或友元類可以訪問類的私有成員，打破了類的封裝性。靜態(tài)成員的聲明與定義聲明靜態(tài)成員在類內(nèi)使用**static**關(guān)鍵字聲明靜態(tài)成員，并在類外進(jìn)行定義。定義靜態(tài)成員使用**類名::**訪問靜態(tài)成員，并對其進(jìn)行定義。示例例如，聲明一個(gè)靜態(tài)整型變量count，并在類外定義其值為0。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員靜態(tài)數(shù)據(jù)成員用于存儲所有對象共享的數(shù)據(jù)，它們是類的屬性而非對象的屬性。靜態(tài)成員函數(shù)靜態(tài)成員函數(shù)不能直接訪問非靜態(tài)成員，但可以訪問靜態(tài)數(shù)據(jù)成員和靜態(tài)成員函數(shù)。靜態(tài)成員的初始化1聲明階段在類定義中聲明靜態(tài)成員2定義階段在類外定義并初始化靜態(tài)成員3初始化列表在類外定義并初始化靜態(tài)成員4const靜態(tài)成員在類定義中初始化const靜態(tài)成員靜態(tài)成員的初始化是類定義的重要組成部分，它定義了靜態(tài)成員的值。靜態(tài)成員的初始化可以發(fā)生在類定義的內(nèi)部或外部。在類定義內(nèi)部，可以使用初始化列表對const靜態(tài)成員進(jìn)行初始化。在類定義外部，使用作用域運(yùn)算符來定義并初始化靜態(tài)成員。靜態(tài)成員的訪問方式11.通過類名訪問靜態(tài)成員屬于類本身，可以直接通過類名訪問。22.通過對象訪問也可以通過對象來訪問靜態(tài)成員，但一般不建議這種方式。33.靜態(tài)成員函數(shù)內(nèi)部靜態(tài)成員函數(shù)可以直接訪問同類中的所有靜態(tài)成員。靜態(tài)成員的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)節(jié)省內(nèi)存空間，同一個(gè)類的所有對象共享靜態(tài)成員。優(yōu)點(diǎn)方便訪問，不需要通過對象就能訪問靜態(tài)成員。缺點(diǎn)無法在構(gòu)造函數(shù)中初始化靜態(tài)成員，需要在類外進(jìn)行初始化。缺點(diǎn)靜態(tài)成員不能直接訪問非靜態(tài)成員，需要通過對象才能訪問。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的應(yīng)用場景計(jì)數(shù)器每個(gè)類對象共享同一個(gè)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，可以用于統(tǒng)計(jì)某個(gè)類對象的創(chuàng)建次數(shù)或特定事件發(fā)生的次數(shù)。全局變量靜態(tài)數(shù)據(jù)成員類似于全局變量，但它具有更好的封裝性和訪問控制，避免了命名沖突和無意修改的風(fēng)險(xiǎn)。緩存存儲一些常用的數(shù)據(jù)，例如配置信息或頻繁使用的計(jì)算結(jié)果，提高程序效率。靜態(tài)成員函數(shù)的聲明與定義1聲明方式靜態(tài)成員函數(shù)的聲明與普通成員函數(shù)類似，但需要在函數(shù)名前添加**static**關(guān)鍵字。2定義方式靜態(tài)成員函數(shù)的定義需要在類外進(jìn)行，并且必須使用作用域解析運(yùn)算符(::)來指定所屬類。3示例代碼classMyClass{public:staticvoidstaticMethod();};voidMyClass::staticMethod(){//函數(shù)體}靜態(tài)成員函數(shù)的用途訪問類數(shù)據(jù)靜態(tài)成員函數(shù)可以直接訪問類的靜態(tài)成員變量，無需創(chuàng)建對象。這對于管理全局?jǐn)?shù)據(jù)或共享資源非常有用。創(chuàng)建工廠方法靜態(tài)成員函數(shù)可以作為工廠方法，用于創(chuàng)建類的實(shí)例。這有助于隱藏對象的創(chuàng)建過程并提供更靈活的實(shí)例化方式。實(shí)現(xiàn)輔助功能靜態(tài)成員函數(shù)可以提供輔助功能，例如驗(yàn)證輸入、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)或執(zhí)行與類相關(guān)的其他操作，而無需依賴特定對象。靜態(tài)成員函數(shù)的訪問方式類外部訪問使用類名和作用域運(yùn)算符（::）來訪問靜態(tài)成員函數(shù)。類內(nèi)部訪問直接使用靜態(tài)成員函數(shù)名進(jìn)行調(diào)用，不需要使用對象或指針。友元函數(shù)訪問友元函數(shù)可以像普通成員函數(shù)一樣直接訪問類的靜態(tài)成員函數(shù)。友元函數(shù)的概念友元函數(shù)是定義在類外部的普通函數(shù)。友元函數(shù)可以通過類名和作用域運(yùn)算符來訪問類的私有成員。友元函數(shù)不是類成員，因此它不屬于任何類。友元函數(shù)的聲明與定義1函數(shù)聲明友元函數(shù)在類定義內(nèi)部聲明2關(guān)鍵字friend使用friend關(guān)鍵字修飾3函數(shù)定義函數(shù)定義在類外部友元函數(shù)聲明在類定義內(nèi)部，使用friend關(guān)鍵字修飾。定義在類外部，可以使用類的私有成員。例如：classMyClass{friendvoidfunc(MyClassobj);private:intdata;};voidfunc(MyClassobj){obj.data=10;}友元函數(shù)的特點(diǎn)11.非成員函數(shù)友元函數(shù)不是類的成員函數(shù)，它不屬于任何類。22.訪問權(quán)限友元函數(shù)可以訪問類的私有成員，不受訪問控制限制。33.聲明方式在類定義中使用friend關(guān)鍵字聲明友元函數(shù)。44.靈活應(yīng)用友元函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)類之間的數(shù)據(jù)共享和操作，提高代碼可重用性。友元函數(shù)的應(yīng)用場景增強(qiáng)代碼封裝性友元函數(shù)可以訪問私有成員，但不會(huì)破壞類的封裝性，可以實(shí)現(xiàn)特定的功能。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享友元函數(shù)可以在不同的類之間共享數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，避免直接暴露類的私有成員。友元類的概念友元類是指允許另一個(gè)類訪問其私有成員的類。友元類可以訪問其友元類的所有成員，包括私有成員和受保護(hù)成員。友元類是建立在類之間的特殊關(guān)系，打破了類的封裝性，但有時(shí)可以方便地實(shí)現(xiàn)代碼共享和數(shù)據(jù)訪問。友元類的聲明與定義1聲明使用friend關(guān)鍵字聲明友元類2訪問權(quán)限友元類可以訪問被友元類聲明的類的私有成員3示例友元類可以訪問其他類的私有成員，例如，類A聲明類B為其友元，類B就可以訪問類A的私有成員。友元類的聲明為友元類提供了訪問權(quán)限，可以訪問其他類的私有成員，這在一些場景下可以簡化代碼結(jié)構(gòu)和提高代碼可讀性。友元類可以被聲明為其他類的友元，而友元關(guān)系是單向的，即友元類可以訪問被友元類聲明的類的私有成員，但被友元類聲明的類不能訪問友元類的私有成員。友元類的權(quán)限訪問訪問權(quán)限友元類可以訪問被它聲明為友元的類的私有成員。訪問私有成員友元類可以通過友元關(guān)系訪問被它聲明為友元的類的私有成員，而不需要使用任何特殊的語法。類內(nèi)與類外的友元關(guān)系類內(nèi)友元在類內(nèi)部聲明友元函數(shù)或友元類，直接訪問類成員，包括私有成員。類外友元在類外部聲明友元函數(shù)或友元類，需要使用友元聲明，允許訪問類成員，包括私有成員。權(quán)限訪問友元關(guān)系是單向的，被聲明為友元者可以訪問聲明類的成員，反之則不行。多重友元關(guān)系多類友元一個(gè)類可以同時(shí)擁有多個(gè)友元類，友元關(guān)系可以是雙向或單向的。相互友元兩個(gè)類可以互相聲明對方為友元，共享彼此的私有成員。間接友元通過中間類建立友元關(guān)系，間接訪問另一個(gè)類的私有成員。友元的局限性訪問范圍限制友元關(guān)系無法跨越命名空間，只能在同一命名空間內(nèi)使用。友元函數(shù)不能訪問私有成員，只能訪問公有和保護(hù)成員。代碼可讀性降低友元關(guān)系增加了代碼的復(fù)雜度，難以追蹤代碼邏輯。過多的友元關(guān)系可能導(dǎo)致代碼混亂，降低代碼的可維護(hù)性。靜態(tài)成員與友元的異同靜態(tài)成員屬于類，不屬于對象。靜態(tài)成員函數(shù)無法訪問非靜態(tài)成員，但可訪問靜態(tài)成員。靜態(tài)成員函數(shù)只能通過類名訪問，無法通過對象訪問。友元允許其他類或函數(shù)訪問自己的私有成員和保護(hù)成員。友元關(guān)系是非對稱的，一個(gè)類或函數(shù)可以是另一個(gè)類的友元，反之不一定成立。靜態(tài)成員與友元的組合應(yīng)用1增強(qiáng)封裝性友元函數(shù)可以訪問類的私有成員，增強(qiáng)了代碼的可讀性和維護(hù)性。2提高代碼復(fù)用性靜態(tài)成員函數(shù)可被所有對象共享，避免了重復(fù)代碼，提高了代碼效率。3優(yōu)化數(shù)據(jù)管理靜態(tài)數(shù)據(jù)成員可以存儲所有對象共享的信息，減少了內(nèi)存使用，提高了代碼效率。編程實(shí)踐1創(chuàng)建類創(chuàng)建名為“Person”的類，包含靜態(tài)數(shù)據(jù)成員“count”和非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員“name”。定義構(gòu)造函數(shù)在構(gòu)造函數(shù)中，將“count”加1，并將“name”初始化為參數(shù)傳入的值。定義成員函數(shù)定義名為“showCount”的靜態(tài)成員函數(shù)，用于顯示當(dāng)前創(chuàng)建的人員數(shù)量“count”。編寫主函數(shù)在主函數(shù)中，創(chuàng)建兩個(gè)“Person”對象，并分別調(diào)用“showCount”靜態(tài)成員函數(shù)，觀察結(jié)果變化。編程實(shí)踐21友元函數(shù)定義一個(gè)友元函數(shù)，允許訪問私有成員，測試友元函數(shù)的訪問權(quán)限。2靜態(tài)數(shù)據(jù)成員定義一個(gè)靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，使用靜態(tài)成員函數(shù)進(jìn)行操作，測試靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的訪問方式。3友元類定義一個(gè)友元類，允許其成員函數(shù)訪問另一個(gè)類的私有成員，測試友元類之間的訪問權(quán)限。編程實(shí)踐31模擬銀行系統(tǒng)使用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員存儲銀行賬戶信息，并使用靜態(tài)成員函數(shù)進(jìn)行存款、取款等操作2學(xué)生成績管理系統(tǒng)使用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員存儲學(xué)生信息，并使用靜態(tài)成員函數(shù)進(jìn)行成績統(tǒng)計(jì)、排序等操作3簡單的游戲程序使用靜態(tài)數(shù)據(jù)成員存儲游戲狀態(tài)，并使用靜態(tài)成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)游戲邏輯編程實(shí)踐4友元函數(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)一個(gè)包含私有數(shù)據(jù)成員的類，并定義一個(gè)友元函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對私有成員的訪問。友元類的應(yīng)用定義兩個(gè)類，其中一個(gè)類聲明另一個(gè)類為其友元，并在友元類中訪問被訪問類的私有成員。多重友元設(shè)計(jì)多個(gè)類，其中一個(gè)類同時(shí)聲明多個(gè)類為其友元，并驗(yàn)證友元關(guān)系的實(shí)現(xiàn)。課程小結(jié)靜態(tài)成員靜態(tài)成員屬于類本身，不屬于對象。它們在類定義時(shí)分配空間，所有對象共享一