Класс в C++ — this, static, friend и вложенные типы

ОБЯЗАТЕЛЬНОДЛЯ НОВИЧКОВ

Разработчику Архитектору

:::tip О чём эта статья Дополнение к ООП в C++: детали объявления класса, которые в учебниках идут сразу после public / private. Здесь — this, статические члены, friend, вложенные и локальные классы. struct, class, union: типы и строки. friend-функции и спецчлены: функции. :::

Указатель this

Когда вы вызываете метод объекта:

Counter c;
c.increment();

компилятор неявно передаёт в метод адрес текущего объекта — указатель this типа T* (в const-методе — const T*).

class Counter {
    int value_ = 0;
public:
    Counter& increment() {
        ++value_;       // то же, что ++this->value_
        return *this;   // вернуть сам объект для цепочки
    }
    int get() const { return value_; }
};

Counter c;
c.increment().increment();  // value_ станет 2

Указатель this - цепочки и различие полей

Применение	Пример	Зачем
Цепочка вызовов	return *this;	obj.a().b().c();
Имя поля = имя параметра	this->name = name;	различить поле и аргумент
Передать себя наружу	registry.add(this);	колбэки, регистрация (осторожно с временем жизни!)

this недоступен в статических методах: у них нет конкретного объекта-получателя.

---

Статические члены класса

Статическое поле — одна переменная на весь класс, общая для всех экземпляров. Статический метод — функция, которую вызывают как Class::method(), без объекта.

class Session {
    static int active_count_;
    std::string id_;
public:
    Session(std::string id) : id_(std::move(id)) { ++active_count_; }
    ~Session() { --active_count_; }

    static int active_count() { return active_count_; }
};

int Session::active_count_ = 0;

Разбор:

Элемент	Смысл
static int active_count_	объявление: «будет общий счётчик»
++active_count_ в конструкторе	каждый новый Session увеличивает общий счётчик
static int active_count()	можно вызвать Session::active_count() без создания Session
int Session::active_count_ = 0; вне класса	определение и инициализация единственного экземпляра поля (до C++17 обязательно в .cpp)

C++17 — inline static

class Session {
    inline static int active_count_ = 0;
    // ...
};

Инициализация прямо в заголовке — удобно для header-only библиотек.

Правила и осторожности

• Статический метод не видит нестатические поля без объекта (Session s; ...).
• Порядок инициализации статических объектов между разными .cpp не гарантирован — см. 1 (static initialization order fiasco).
• Счётчики и кэши на класс — нормальная задача для static. Глобальное состояние всего приложения лучше выносить в namespace или явный singleton с узким API.

---

Методы inline в определении класса

Метод, написанный внутри объявления класса, по умолчанию inline (для обычных, не шаблонных случаев):

class Point {
    int x_, y_;
public:
    Point(int x, int y) : x_(x), y_(y) {}
    int x() const { return x_; }  // inline по умолчанию
};

Слово inline сегодня в первую очередь про ODR (одно определение в нескольких единицах трансляции), а не про обещание «встроить в машинный код» — см. 17. Короткие геттеры в .h — типичный случай.

---

Дружественные функции и классы (friend)

По умолчанию private и protected видны только методам своего класса. friend открывает доступ конкретной функции или конкретному классу.

friend-функция (часто operator<<)

class Secret {
    int code_;
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Secret& s);
public:
    explicit Secret(int c) : code_(c) {}
};

std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Secret& s) {
    return os << s.code_;
}

operator<< — свободная функция (не метод класса). Без friend она не смогла бы читать code_.

friend-класс

class Engine {
    int rpm_ = 0;
    friend class EngineTester;
public:
    void rev() { rpm_ += 100; }
};

class EngineTester {
public:
    static int read_rpm(const Engine& e) { return e.rpm_; }
};

Весь EngineTester видит private у Engine.

Свойства дружбы

• не наследуется: друг Base не становится другом Derived автоматически;
• не транзитивна: если A друг B, а B друг C, A не видит C;
• ломает инкапсуляцию — применяйте точечно (тесты, один модуль).

Альтернатива: публичный узкий API, метод friendForTesting() под #ifdef TESTING.

---

Вложенные классы (nested)

Класс внутри другого класса — логическая группировка и доступ к private внешнего:

class HashTable {
public:
    class Iterator {
        HashTable* table_;
        size_t index_;
        friend class HashTable;
        Iterator(HashTable* t, size_t i) : table_(t), index_(i) {}
    public:
        bool operator!=(const Iterator& other) const {
            return index_ != other.index_;
        }
    };
    Iterator begin();
    Iterator end();
};

• Внешний код обращается к типу как HashTable::Iterator.
• Конструктор Iterator private — создавать итератор может только HashTable (через friend).
• Вложенный тип можно объявить private, если клиентам нужен только Iterator, а не детали HashTable.

---

Локальные классы

Класс, объявленный внутри функции:

void process() {
    class LocalHelper {
    public:
        static int transform(int x) { return x * 2; }
    };
    int v = LocalHelper::transform(21);
}

Ограничения:

• тип нельзя использовать снаружи этой функции (шаблоны, заголовки);
• нестатические методы локального класса не вызывают нестатические функции охватывающей функции напрямую (в отличие от лямбды с [&]);
• на практике чаще берут лямбду или класс в анонимном namespace в .cpp.

---

Где объявлять класс

Область	Где объявлен	Кто видит
Глобальный (namespace)	вне функций	везде, где подключён заголовок
Локальный	внутри функции	только эта функция
Вложенный	внутри класса	через Outer::Inner

Класс в анонимном namespace в .cpp скрывает детали модуля (дополняет PIMPL — 30).

---

Связанные материалы

• ООП в C++ — конструкторы, перегрузка операторов
• Композиция и наследование
• Ключевые слова friend, static
• RTTI

---