C++ 面向对象（一）—— 类（Classes）
?類(class)是一種將數(shù)據(jù)和函數(shù)組織在同一個(gè)結(jié)構(gòu)里的邏輯方法。定義類的關(guān)鍵字為class ，其功能與C語言中的struct類似，不同之處是class可以包含函數(shù)，而不像struct只能包含數(shù)據(jù)元素。
類定義的形式是：
[cpp]?view plaincopy
? ? ? 其中 class_name 是類的名稱 (用戶自定義的類型) ，而可選項(xiàng)object_name 是一個(gè)或幾個(gè)對(duì)象(object)標(biāo)識(shí)。Class的聲明體中包含成員members，成員可以是數(shù)據(jù)或函數(shù)定義，同時(shí)也可以包括允許范圍標(biāo)志 permission labels，范圍標(biāo)志可以是以下三個(gè)關(guān)鍵字中任意一個(gè)：private:, public: 或 protected:。它們分別代表以下含義：
- private ：class的private成員，只有同一個(gè)class的其他成員或該class的“friend” class可以訪問這些成員。
- protected ：class的protected成員，只有同一個(gè)class的其他成員，或該class的“friend” class，或該class的子類(derived classes) 可以訪問這些成員。
- public ：class的public成員，任何可以看到這個(gè)class的地方都可以訪問這些成員。
如果我們?cè)诙x一個(gè)class成員的時(shí)候沒有聲明其允許范圍，這些成員將被默認(rèn)為 private范圍。
例如：
[cpp]?view plaincopy
? ? ? 上面例子定義了一個(gè)class CRectangle 和該class類型的對(duì)象變量rect 。這個(gè)class 有4個(gè)成員：兩個(gè)整型變量 (x 和 y) ，在private 部分 (因?yàn)閜rivate 是默認(rèn)的允許范圍)；以及兩個(gè)函數(shù)， 在 public 部分：set_values() 和 area()，這里只包含了函數(shù)的原型(prototype)。
? ? ? 注意:?class名稱與對(duì)象(object)名稱的不同：在上面的例子中，CRectangle 是class 名稱 (即用戶定義的類型名稱)，而rect 是一個(gè)CRectangle類型的對(duì)象名稱。它們的區(qū)別就像下面例子中類型名 int和 變量名a 的區(qū)別一樣：
int a;int 是class名稱 (類型名) ，而a 是對(duì)象名 object name (變量)。
? ? 在程序中，我們可以通過使用對(duì)象名后面加一點(diǎn)再加成員名稱（同使用C structs一樣），來引用對(duì)象rect 的任何public成員，就像它們只是一般的函數(shù)或變量。例如：
rect.set_value (3,4);myarea = rect.area();
但我們不能夠引用 x 或 y ，因?yàn)樗鼈兪窃揷lass的 private 成員，它們只能夠在該class的其它成員中被引用。暈了嗎？下面是關(guān)于class CRectangle的一個(gè)復(fù)雜的例子：
| // classes example#include <iostream.h>class CRectangle {int x, y;public:void set_values (int,int);int area (void) {return (x*y);}};void CRectangle::set_values (int a, int b) {x = a;y = b;}int main () {CRectangle rect;rect.set_values (3,4);cout << "area: " << rect.area();} | area: 12 |
? ? ?上面代碼中新的東西是在定義函數(shù)set_values().使用的范圍操作符(雙冒號(hào):: )。它是用來在一個(gè)class之外定義該class的成員。注意，我們?cè)贑Rectangle class內(nèi)部已經(jīng)定義了函數(shù)area() 的具體操作，因?yàn)檫@個(gè)函數(shù)非常簡(jiǎn)單。而對(duì)函數(shù)set_values() ，在class內(nèi)部只是定義了它的原型prototype，而其實(shí)現(xiàn)是在class之外定義的。這種在class之外定義其成員的情況必須使用范圍操作符::。
? ? ?范圍操作符 (::)?聲明了被定義的成員所屬的class名稱，并賦予被定義成員適當(dāng)?shù)姆秶鷮傩?#xff0c;這些范圍屬性與在class內(nèi)部定義成員的屬性是一樣的。例如，在上面的例子中，我們?cè)诤瘮?shù)set_values() 中引用了private變量x 和 y，這些變量只有在class內(nèi)部和它的成員中才是可見的。
? ? 在class內(nèi)部直接定義完整的函數(shù)，和只定義函數(shù)的原型而把具體實(shí)現(xiàn)放在class外部的唯一區(qū)別在于，在第一種情況中，編譯器(compiler) 會(huì)自動(dòng)將函數(shù)作為inline 考慮，而在第二種情況下，函數(shù)只是一般的class成員函數(shù)。
? ? 我們把 x 和 y 定義為private 成員 (記住，如果沒有特殊聲明，所有class的成員均默認(rèn)為private )，原因是我們已經(jīng)定義了一個(gè)設(shè)置這些變量值的函數(shù) (set_values()) ，這樣一來，在程序的其它地方就沒有辦法直接訪問它們。也許在一個(gè)這樣簡(jiǎn)單的例子中，你無法看到這樣保護(hù)兩個(gè)變量有什么意義，但在比較復(fù)雜的程序中，這是非常重要的，因?yàn)樗沟米兞坎粫?huì)被意外修改 （這里意外指的是從object的角度來講的意外）。
? ?使用class的一個(gè)更大的好處是我們可以用它來定義多個(gè)不同對(duì)象(object)。例如，接著上面class CRectangle的例子，除了對(duì)象rect之外，我們還可以定義對(duì)象rectb ：
| // class example#include <iostream.h>class CRectangle {int x, y;public:void set_values (int,int);int area (void) {return (x*y);}};void CRectangle::set_values (int a, int b) {x = a;y = b;}int main () {CRectangle rect, rectb;rect.set_values (3,4);rectb.set_values (5,6);cout << "rect area: " << rect.area() << endl;cout << "rectb area: " << rectb.area() << endl;} | rect area: 12 rectb area: 30 |
注意: 調(diào)用函數(shù)rect.area() 與調(diào)用rectb.area()所得到的結(jié)果是不一樣的。這是因?yàn)槊恳粋€(gè)class CRectangle 的對(duì)象都擁有它自己的變量 x 和 y，以及它自己的函數(shù)set_value() 和 area()。
? ? ? ? 這是基于對(duì)象( object) 和 面向?qū)ο缶幊?(object-oriented programming)的概念的。這個(gè)概念中，數(shù)據(jù)和函數(shù)是對(duì)象(object)的屬性(properties)，而不是像以前在結(jié)構(gòu)化編程 (structured programming) 中所認(rèn)為的對(duì)象(object)是函數(shù)參數(shù)。在本節(jié)及后面的小節(jié)中，我們將討論面向?qū)ο缶幊痰暮锰帯?/p>
在這個(gè)具體的例子中，我們討論的class (object的類型)是CRectangle，有兩個(gè)實(shí)例(instance)，或稱對(duì)象(object)：rect 和 rectb，每一個(gè)有它自己的成員變量和成員函數(shù)。
構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù) (Constructors and destructors)
? ? ? ?對(duì)象(object)在生成過程中通常需要初始化變量或分配動(dòng)態(tài)內(nèi)存，以便我們能夠操作，或防止在執(zhí)行過程中返回意外結(jié)果。例如，在前面的例子中，如果我們?cè)谡{(diào)用函數(shù)set_values( ) 之前就調(diào)用了函數(shù)area()，將會(huì)產(chǎn)生什么樣的結(jié)果呢？可能會(huì)是一個(gè)不確定的值，因?yàn)槌蓡Tx 和 y 還沒有被賦于任何值。
? ? ? 為了避免這種情況發(fā)生，一個(gè)class 可以包含一個(gè)特殊的函數(shù)：構(gòu)造函數(shù) constructor，它可以通過聲明一個(gè)與class同名的函數(shù)來定義。當(dāng)且僅當(dāng)要生成一個(gè)class的新的實(shí)例 (instance)的時(shí)候，也就是當(dāng)且僅當(dāng)聲明一個(gè)新的對(duì)象，或給該class的一個(gè)對(duì)象分配內(nèi)存的時(shí)候，這個(gè)構(gòu)造函數(shù)將自動(dòng)被調(diào)用。下面，我們將實(shí)現(xiàn)包含一個(gè)構(gòu)造函數(shù)的CRectangle ：
| // class example#include <iostream.h>class CRectangle {int width, height;public:CRectangle (int,int);int area (void) {return (width*height);}};CRectangle::CRectangle (int a, int b) {width = a;height = b;}int main () {CRectangle rect (3,4);CRectangle rectb (5,6);cout << "rect area: " << rect.area() << endl;cout << "rectb area: " << rectb.area() << endl;} | rect area: 12 rectb area: 30 |
? ? ? 正如你所看到的，這個(gè)例子的輸出結(jié)果與前面一個(gè)沒有區(qū)別。在這個(gè)例子中，我們只是把函數(shù)set_values換成了class的構(gòu)造函數(shù)constructor。注意這里參數(shù)是如何在class實(shí)例 (instance)生成的時(shí)候傳遞給構(gòu)造函數(shù)的：
CRectangle rect (3,4);CRectangle rectb (5,6);
? ? ?同時(shí)你可以看到，構(gòu)造函數(shù)的原型和實(shí)現(xiàn)中都沒有返回值(return value)，也沒有void 類型聲明。構(gòu)造函數(shù)必須這樣寫。一個(gè)構(gòu)造函數(shù)永遠(yuǎn)沒有返回值，也不用聲明void，就像我們?cè)谇懊娴睦又锌吹降摹?/p>
? ? ??析構(gòu)函數(shù)Destructor?完成相反的功能。它在objects被從內(nèi)存中釋放的時(shí)候被自動(dòng)調(diào)用。釋放可能是因?yàn)樗嬖诘姆秶呀?jīng)結(jié)束了（例如，如果object被定義為一個(gè)函數(shù)內(nèi)的本地（local）對(duì)象變量，而該函數(shù)結(jié)束了）；或者是因?yàn)樗且粋€(gè)動(dòng)態(tài)分配的對(duì)象，而被使用操作符delete釋放了。
? ? ?析構(gòu)函數(shù)必須與class同名，加水波號(hào)tilde (~) 前綴，必須無返回值。
? ? ?析構(gòu)函數(shù)特別適用于當(dāng)一個(gè)對(duì)象被動(dòng)態(tài)分別內(nèi)存空間，而在對(duì)象被銷毀的時(shí)我們希望釋放它所占用的空間的時(shí)候。例如：
| // example on constructors and destructors#include <iostream.h>class CRectangle {int *width, *height;public:CRectangle (int,int);~CRectangle ();int area (void) {return (*width * *height);}};CRectangle::CRectangle (int a, int b) {width = new int;height = new int;*width = a;*height = b;}CRectangle::~CRectangle () {delete width;delete height;}int main () {CRectangle rect (3,4), rectb (5,6);cout << "rect area: " << rect.area() << endl;cout << "rectb area: " << rectb.area() << endl;return 0;} | rect area: 12 rectb area: 30 |
構(gòu)造函數(shù)重載(Overloading Constructors)
? ? ? 像其它函數(shù)一樣，一個(gè)構(gòu)造函數(shù)也可以被多次重載(overload)為同樣名字的函數(shù)，但有不同的參數(shù)類型和個(gè)數(shù)。記住，編譯器會(huì)調(diào)用與在調(diào)用時(shí)刻要求的參數(shù)類型和個(gè)數(shù)一樣的那個(gè)函數(shù)(Section 2.3, Functions-II)。在這里則是調(diào)用與類對(duì)象被聲明時(shí)一樣的那個(gè)構(gòu)造函數(shù)。
? ? ? 實(shí)際上，當(dāng)我們定義一個(gè)class而沒有明確定義構(gòu)造函數(shù)的時(shí)候，編譯器會(huì)自動(dòng)假設(shè)兩個(gè)重載的構(gòu)造函數(shù) (默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)"default constructor" 和復(fù)制構(gòu)造函數(shù)"copy constructor")。例如，對(duì)以下class：
[cpp]?view plaincopy
沒有定義構(gòu)造函數(shù)，編譯器自動(dòng)假設(shè)它有以下constructor 成員函數(shù)：
- Empty constructor
它是一個(gè)沒有任何參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，被定義為nop (沒有語句)。它什么都不做。
CExample::CExample () { }; - Copy constructor
它是一個(gè)只有一個(gè)參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，該參數(shù)是這個(gè)class的一個(gè)對(duì)象，這個(gè)函數(shù)的功能是將被傳入的對(duì)象（object）的所有非靜態(tài)（non-static）成員變量的值都復(fù)制給自身這個(gè)object。
[cpp]?view plaincopy - CExample::CExample?(const?CExample&?rv)?{??
- ?????a=rv.a;??b=rv.b;??c=rv.c;??
- ?}??
- ???
必須注意：這兩個(gè)默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)（empty construction 和 copy constructor ）只有在沒有其它構(gòu)造函數(shù)被明確定義的情況下才存在。如果任何其它有任意參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)被定義了，這兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)就都不存在了。在這種情況下，如果你想要有empty construction 和 copy constructor ，就必需要自己定義它們。
? ? ? ?當(dāng)然，如果你也可以重載class的構(gòu)造函數(shù)，定義有不同的參數(shù)或完全沒有參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)，見如下例子：
| // overloading class constructors#include <iostream.h>Class CRectangle {int width, height;public:CRectangle ();CRectangle (int,int);int area (void) {return (width*height);}};CRectangle::CRectangle () {width = 5;height = 5;}CRectangle::CRectangle (int a, int b) {width = a;height = b;}int main () {CRectangle rect (3,4);CRectangle rectb;cout << "rect area: " << rect.area() << endl;cout << "rectb area: " << rectb.area() << endl;} | rect area: 12 rectb area: 25 |
? ? ?在上面的例子中，rectb 被聲明的時(shí)候沒有參數(shù)，所以它被使用沒有參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行初始化，也就是width 和height 都被賦值為5。
注意在我們聲明一個(gè)新的object的時(shí)候，如果不想傳入?yún)?shù)，則不需要寫括號(hào)()：
CRectangle rectb;?// rightCRectangle rectb();?// wrong!?
類的指針(Pointers to classes)
? ? ? 類也是可以有指針的，要定義類的指針，我們只需要認(rèn)識(shí)到，類一旦被定義就成為一種有效的數(shù)據(jù)類型，因此只需要用類的名字作為指針的名字就可以了。例如：
CRectangle * prect;? ? ? 是一個(gè)指向class CRectangle類型的對(duì)象的指針。
? ? ? 就像數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)中的情況一樣，要想直接引用一個(gè)由指針指向的對(duì)象(object)中的成員，需要使用操作符 ->。這里是一個(gè)例子，顯示了幾種可能出現(xiàn)的情況：
| // pointer to classes example#include <iostream.h>class CRectangle {int width, height;public:void set_values (int, int);int area (void) {return (width * height);}};void CRectangle::set_values (int a, int b) {width = a;height = b;}int main () {CRectangle a, *b, *c;CRectangle * d = new CRectangle[2];b= new CRectangle;c= &a;a.set_values (1,2);b->set_values (3,4);d->set_values (5,6);d[1].set_values (7,8);cout << "a area: " << a.area() << endl;cout << "*b area: " << b->area() << endl;cout << "*c area: " << c->area() << endl;cout << "d[0] area: " << d[0].area() << endl;cout << "d[1] area: " << d[1].area() << endl;return 0;} | a area: 2 *b area: 12 *c area: 2 d[0] area: 30 d[1] area: 56 |
以下是怎樣讀前面例子中出現(xiàn)的一些指針和類操作符 (*, &, ., ->, [ ])：
- *x 讀作: pointed by x （由x指向的）
- &x 讀作: address of x（x的地址）
- x.y 讀作: member y of object x （對(duì)象x的成員y）
- (*x).y 讀作: member y of object pointed by x（由x指向的對(duì)象的成員y）
- x->y 讀作: member y of object pointed by x (同上一個(gè)等價(jià))
- x[0] 讀作: first object pointed by x（由x指向的第一個(gè)對(duì)象）
- x[1] 讀作: second object pointed by x（由x指向的第二個(gè)對(duì)象）
- x[n] 讀作: (n+1)th object pointed by x（由x指向的第n+1個(gè)對(duì)象）
在繼續(xù)向下閱讀之前，一定要確定你明白所有這些的邏輯含義。如果你還有疑問，再讀一遍這一笑節(jié)，或者同時(shí)參考 小節(jié) "3.3, 指針(Pointers)" 和 "3.5,?數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Structures)".
由關(guān)鍵字struct和union定義的類
? ? ? ? 類不僅可以用關(guān)鍵字class來定義，也可以用struct或union來定義。
? ? ? ? 因?yàn)樵贑++中類和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的概念太相似了，所以這兩個(gè)關(guān)鍵字struct和class的作用幾乎是一樣的（也就是說在C++中struct定義的類也可以有成員函數(shù)，而不僅僅有數(shù)據(jù)成員)。兩者定義的類的唯一區(qū)別在于由class定義的類所有成員的默認(rèn)訪問權(quán)限為private，而struct定義的類所有成員默認(rèn)訪問權(quán)限為public。除此之外，兩個(gè)關(guān)鍵字的作用是相同的。
? ? ? ?union的概念與struct和class定義的類不同， 因?yàn)閡nion在同一時(shí)間只能存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)據(jù)成員。但是由union定義的類也是可以有成員函數(shù)的。union定義的類訪問權(quán)限默認(rèn)為public。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的C++ 面向对象（一）—— 类（Classes）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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