【C++基础】系列博客为参考《C++ Primer中文版（第5版）》（C++11标准）一书，自己所做的读书笔记。
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1.类成员再探
我们定义一对相互关联的类，它们分别是Screen和Window_mgr。
1.1.定义一个类型成员
Screen表示显示器中的一个窗口。每个Screen包含一个用于保存Screen内容的string成员和三个string::size_type类型的成员，它们分别表示光标的位置以及屏幕的高和宽。
除了定义数据和函数成员之外，类还可以自定义某种类型在类中的别名。由类定义的类型名字和其他成员一样存在访问限制，可以是public或者private中的一种：
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class Screen {
public:
typedef std::string::size_type pos;
//等价于：
//using pos = std::string::size_type;
private:
pos cursor = 0;
pos height = 0, width = 0;
std::string contents;
};
用来定义类型的成员必须先定义后使用，这一点与普通成员有所区别。因此，类型成员通常出现在类开始的地方。
1.2.Screen类的成员函数
要使我们的类更加实用，还需要添加一个构造函数令用户能够定义屏幕的尺寸和内容，以及其他两个成员，分别负责移动光标和读取给定位置的字符：
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class Screen{
public:
typedef std::string::size_type pos;
Screen() = default;//因为Screen有另一个构造函数，所以本函数是必需的
//cursor被其类内初始值初始化为0
//如果类中不存在cursor的类内初始值，我们就需要显式地初始化cursor了
Screen(pos ht, pos wd, char c) : height(ht), width(wd), contents(ht * wd, c) { }
char get() const { return contents[cursor]; } //读取光标处的字符，隐式内联
inline char get(pos ht, pos wd) const; //显式内联
Screen &move(pos r, pos c); //能在之后被设为内联
private:
pos cursor = 0;
pos height = 0, width = 0;
std::string contents;
};
1.3.令成员作为内联函数
在类中，常有一些规模较小的函数适合于被声明成内联函数。
get()函数作为定义在类内部的成员函数，自动默认是inline函数。get(pos ht, pos wd)函数虽然没定义在类内，但是其显式地声明为inline函数。move()既没在类内定义，也没在类内显式地声明为inline函数，但其依然可以在类外定义时声明为inline函数：
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inline Screen &Screen::move (pos r, pos c) //可以在函数的定义处指定inline
{
pos row = r * width; //计算行的位置
cursor = row + c; //在行内将光标移动到指定的列
return *this; //以左值的形式返回对象
}
char Screen::get(pos r, pos c) const //在类的内部声明成inline
{
pos row = r * width; //计算行的位置
return contents[row + c]; // 返回给定列的字符
}
虽然我们无须在声明和定义的地方同时说明inline，但这么做其实是合法的。不过，最好只在类外部定义的地方说明inline，这样可以使类更容易理解。
1.4.重载成员函数
和非成员函数一样，成员函数也可以被重载，只要函数之间在参数的数量和/或类型上有所区别就行。成员函数的函数匹配过程同样与非成员函数非常类似。
相关链接：【C++基础】第三十七课：函数重载。
1.5.可变数据成员
有时（但并不频繁）会发生这样一种情况，我们希望能修改类的某个数据成员，即使是在一个const成员函数内。可以通过在变量的声明中加入mutable关键字做到这一点。
‼️一个可变数据成员（mutable data member）永远不会是const，即使它是const对象的成员。因此，一个const成员函数可以改变一个可变成员的值。举个例子，我们将给Screen添加一个名为access_ctr的可变成员，通过它我们可以追踪每个Screen的成员函数被调用了多少次：
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class Screen {
public:
void some_member() const;
private:
mutable size_t access_ctr; //即使在一个const对象内也能被修改
//其他成员与之前的版本一致
};
void Screen::some_member() const
{
++access_ctr; //保存一个计数值，用于记录成员函数被调用的次数
//该成员需要完成的其他工作
}
尽管some_member是一个const成员函数，它仍然能够改变access_ctr的值。该成员是个可变成员，因此任何成员函数，包括const函数在内都能改变它的值。
1.6.类数据成员的初始值
在定义好Screen类之后，我们将继续定义一个窗口管理类并用它表示显示器上的一组Screen。这个类将包含一个Screen类型的vector，每个元素表示一个特定的Screen。默认情况下，我们希望Window_mgr类开始时总是拥有一个默认初始化的Screen。在C++11新标准中，最好的方式就是把这个默认值声明成一个类内初始值：
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class Window_mgr {
private :
//这个Window_mgr追踪的Screen
//默认情况下，一个Window_mgr包含一个标准尺寸的空白Screen
std::vector<Screen> screens{Screen(24, 80, ' ')};
};
当我们提供一个类内初始值时，必须以符号=或者花括号表示。
2.返回*this的成员函数
接下来我们继续添加一些函数，它们负责设置光标所在位置的字符或者其他任一给定位置的字符：
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class Screen {
public:
Screen &set(char);
Screen &set(pos, pos, char);
//其他成员和之前的版本一致
};
inline Screen &Screen::set(char c)
{
contents[cursor] = c; //设置当前光标所在位置的新值
return *this; //将this对象作为左值返回
}
inline Screen &Screen::set(pos r, pos col, char ch)
{
contents[r*width + col] = ch; //设置给定位置的新值
return *this; //将this对象作为左值返回
}
和move操作一样，我们的set成员的返回值是调用set的对象的引用。返回引用的函数是左值的，意味着这些函数返回的是对象本身而非对象的副本。如果我们把一系列这样的操作连接在一条表达式中的话：
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//把光标移动到一个指定的位置，然后设置该位置的字符值
myScreen.move(4,0).set('#');
这些操作将在同一个对象上执行。上述语句等价于：
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myScreen.move(4,0);
myScreen.set('#');
如果我们令move和set返回Screen而非Screen&，则上述语句的行为将大不相同。在此例中等价于：
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//如果move返回Screen而非Screen&
Screen temp = myScreen.move(4,0); //对返回值进行拷贝
temp.set('#'); //不会改变myScreen的contents
2.1.从const成员函数返回*this
接下来，我们继续添加一个名为display的操作，它负责打印Screen的内容。我们希望这个函数能和move以及set出现在同一序列中，因此类似于move和set，display函数也应该返回执行它的对象的引用。
从逻辑上来说，显示一个Screen并不需要改变它的内容，因此我们令display为一个const成员，所以display的返回类型应该是const Sales_data&。然而，如果真的令display返回一个const的引用，则我们将不能把display嵌入到一组动作的序列中去：
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Screen myScreen;
//如果display返回常量引用，则调用set将引发错误
myScreen.display(cout).set('*');
set不是一个const成员函数。
即使myScreen是个非常量对象，对set的调用也无法通过编译。问题在于display的const版本返回的是常量引用，而我们显然无权set一个常量对象。
一个const成员函数如果以引用的形式返回*this，那么它的返回类型将是常量引用。
2.2.基于const的重载
通过区分成员函数是否是const的，我们可以对其进行重载。在下面的这个例子中，我们将定义一个名为do_display的私有成员，由它负责打印Screen的实际工作。所有的display操作都将调用这个函数，然后返回执行操作的对象：
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class Screen {
public:
//根据对象是否是const重载了display函数
Screen &display(std::ostream &os) { do_display(os); return *this; }
const Screen &display(std::ostream &os) const { do_display(os); return *this; }
private:
//该函数负责显示Screen的内容
void do_display(std::ostream &os) const { os << contents; }
//其他成员与之前的版本一致
};
和我们之前所学的一样，当一个成员调用另外一个成员时，this指针在其中隐式地传递。因此，当display调用do_display时，它的this指针隐式地传递给do_display。而当display的非常量版本调用do_display时，它的this指针将隐式地从指向非常量的指针转换成指向常量的指针。
当do_display完成后，display函数各自返回解引用this所得的对象。在非常量版本中，this指向一个非常量对象，因此display返回一个普通的（非常量）引用；而const成员则返回一个常量引用。
当我们在某个对象上调用display时，该对象是否是const决定了应该调用display的哪个版本：
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Screen myScreen(5, 3);
const Screen blank(5, 3);
myScreen.set('#').display(cout); //调用非常量版本
blank.display(cout); //调用常量版本
3.类类型
每个类定义了唯一的类型。对于两个类来说，即使它们的成员完全一样，这两个类也是两个不同的类型。例如：
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struct First {
int memi;
int getMem();
};
struct Second {
int memi;
int getMem();
};
First obj1;
Second obj2 = obj1; //错误：obj1和obj2的类型不同
我们可以把类名作为类型的名字使用，从而直接指向类类型。或者，我们也可以把类名跟在关键字class或struct后面：
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Sales_data item1; //默认初始化Sales_data类型的对象
class Sales_data item1; //一条等价的声明
上面这两种使用类类型的方式是等价的，其中第二种方式从C语言继承而来，并且在C++语言中也是合法的。
3.1.类的声明
就像可以把函数的声明和定义分离开来一样，我们也能仅仅声明类而暂时不定义它：
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class Screen; //Screen类的声明
这种声明有时被称作前向声明（forward declaration），它向程序中引入了名字Screen并且指明Screen是一种类类型。对于类型Screen来说，在它声明之后定义之前是一个不完全类型（incomplete type），也就是说，此时我们已知Screen是一个类类型，但是不清楚它到底包含哪些成员。
不完全类型只能在非常有限的情景下使用：可以定义指向这种类型的指针或引用，也可以声明（但是不能定义）以不完全类型作为参数或者返回类型的函数。例如：
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class Screen; //只声明未定义
Screen *s1; //正确
Screen &s2=*s1; //正确
Screen s3=*s1; //错误
Screen s4; //错误
对于一个类来说，在我们创建它的对象之前该类必须被定义过，而不能仅仅被声明。否则，编译器就无法了解这样的对象需要多少存储空间。类似的，类也必须首先被定义，然后才能用引用或者指针访问其成员。毕竟，如果类尚未定义，编译器也就不清楚该类到底有哪些成员。
直到类被定义之后数据成员才能被声明成这种类类型（即一个类的成员类型不能是该类自己），但是类允许包含指向它自身类型的引用或指针。例如：
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class Link_screen {
Screen window; //之前Screen类必须已经被定义
Link_screen *next; //正确
Link_screen *prev; //正确
Link_screen Link_test; //错误
};
4.友元再探
在【C++基础】第四十二课：[类]访问控制与封装一文中，我们的Sales_data类把三个普通的非成员函数定义成了友元。类还可以把其他的类定义成友元，也可以把其他类的成员函数定义成友元。此外，友元函数能定义在类的内部，这样的函数是隐式内联的。
4.1.类之间的友元关系
举个友元类的例子，我们的Window_mgr类的某些成员可能需要访问它管理的Screen类的内部数据。例如，假设我们需要为Window_mgr添加一个名为clear的成员，它负责把一个指定的Screen的内容都设为空白。为了完成这一任务，clear需要访问Screen的私有成员；而要想令这种访问合法，Screen需要把Window_mgr指定成它的友元：
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class Screen {
//Window_mgr的成员可以访问Screen类的私有部分
friend class Window_mgr;
//Screen类的剩余部分
};
如果一个类指定了友元类，则友元类的成员函数可以访问此类包括非公有成员在内的所有成员。通过上面的声明，Window_mgr被指定为Screen的友元，因此我们可以将Window_mgr的clear成员写成如下的形式：
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class Window_mgr {
public:
//窗口中每个屏幕的编号
using ScreenIndex = std::vector<Screen>::size_type;
//按照编号将指定的Screen重置为空白
void clear(ScreenIndex);
private:
std::vector<Screen> screens{Screen(24, 80, ' ')};
};
void Window_mgr::clear(ScreenIndex i)
{
//s是一个Screen的引用，指向我们想清空的那个屏幕
Screen &s = screens[i];
//将那个选定的Screen重置为空白
s.contents = string(s.height * s.width, ' ');
}
如果clear不是Screen的友元，上面的代码将无法通过编译，因为此时clear将不能访问Screen的height、width和contents成员。而当Screen将Window_mgr指定为其友元之后，Screen的所有成员对于Window_mgr就都变成可见的了。
⚠️必须要注意的一点是，友元关系不存在传递性。也就是说，如果Window_mgr有它自己的友元，则这些友元并不具有访问Screen的特权。
每个类负责控制自己的友元类或友元函数。
4.2.令成员函数作为友元
除了令整个Window_mgr作为友元之外，Screen还可以只为clear提供访问权限。当把一个成员函数声明成友元时，我们必须明确指出该成员函数属于哪个类：
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class Screen {
//Window_mgr::clear必须在Screen类之前被声明
friend void Window_mgr::clear(ScreenIndex);
//Screen类的剩余部分
};
要想令某个成员函数作为友元，我们必须仔细组织程序的结构以满足声明和定义的彼此依赖关系。在这个例子中，我们必须按照如下方式设计程序：
- 首先定义Window_mgr类，其中声明clear函数，但是不能定义它。在clear使用Screen的成员之前必须先声明Screen。
- 接下来定义Screen，包括对于clear的友元声明。
- 最后定义clear，此时它才可以使用Screen的成员。
4.3.函数重载和友元
尽管重载函数的名字相同，但它们仍然是不同的函数。因此，如果一个类想把一组重载函数声明成它的友元，它需要对这组函数中的每一个分别声明：
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//重载的storeOn函数
extern std::ostream& storeOn(std::ostream &, Screen &);
extern BitMap& storeOn(BitMap &, Screen &);
class Screen {
//storeOn的ostream版本能访问Screen对象的私有部分
friend std::ostream& storeOn(std::ostream &, Screen &);
//...
};
Screen类把接受ostream&的storeOn函数声明成它的友元，但是接受BitMap&作为参数的版本仍然不能访问Screen。
4.4.友元声明和作用域
类和非成员函数的声明不是必须在它们的友元声明之前。当一个名字第一次出现在一个友元声明中时，我们隐式地假定该名字在当前作用域中是可见的。然而，友元本身不一定真的声明在当前作用域中。
甚至就算在类的内部定义该函数，我们也必须在类的外部提供相应的声明从而使得函数可见。换句话说，即使我们仅仅是用声明友元的类的成员调用该友元函数，它也必须是被声明过的：
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struct X {
friend void f() { /*友元函数可以定义在类的内部*/ }
X() { f(); } //错误：f还没有被声明
void g();
void h();
};
void X::g() { return f(); } //错误：f还没有被声明
void f(); //声明那个定义在X中的函数
void X::h() { return f(); } //正确：现在f的声明在作用域中了
‼️关于这段代码最重要的是理解友元声明的作用是影响访问权限，它本身并非普通意义上的声明。
请注意，有的编译器并不强制执行上述关于友元的限定规则。
