C++ 面向对象（一）—— 类（Classes）
?類(class)是一種將數據和函數組織在同一個結構里的邏輯方法。定義類的關鍵字為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，而不像struct只能包含數據元素。
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object_name 是一個或幾個對象(object)標識。Class的聲明體中包含成員members，成員可以是數據或函數定義，同時也可以包括允許范圍標志 permission labels，范圍標志可以是以下三個關鍵字中任意一個：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class的地方都可以訪問這些成員。
如果我們在定義一個class成員的時候沒有聲明其允許范圍，這些成員將被默認為 private范圍。
例如：
[cpp]?view plaincopy
? ? ? 上面例子定義了一個class CRectangle 和該class類型的對象變量rect 。這個class 有4個成員：兩個整型變量 (x 和 y) ，在private 部分 (因為private 是默認的允許范圍)；以及兩個函數， 在 public 部分：set_values() 和 area()，這里只包含了函數的原型(prototype)。
? ? ? 注意:?class名稱與對象(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CRectangle類型的對象名稱。它們的區別就像下面例子中類型名 int和 變量名a 的區別一樣：
int a;int 是class名稱 (類型名) ，而a 是對象名 object name (變量)。
? ? 在程序中，我們可以通過使用對象名后面加一點再加成員名稱（同使用C structs一樣），來引用對象rect 的任何public成員，就像它們只是一般的函數或變量。例如：
rect.set_value (3,4);myarea = rect.area();
但我們不能夠引用 x 或 y ，因為它們是該class的 private 成員，它們只能夠在該class的其它成員中被引用。暈了嗎？下面是關于class CRectangle的一個復雜的例子：
| // 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set_values().使用的范圍操作符(雙冒號:: )。它是用來在一個class之外定義該class的成員。注意，我們在CRectangle class內部已經定義了函數area() 的具體操作，因為這個函數非常簡單。而對函數set_values() ，在class內部只是定義了它的原型prototype，而其實現是在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的范圍屬性，這些范圍屬性與在class內部定義成員的屬性是一樣的。例如，在上面的例子中，我們在函數set_values() 中引用了private變量x 和 y，這些變量只有在class內部和它的成員中才是可見的。
? ? 在class內部直接定義完整的函數，和只定義函數的原型而把具體實現放在class外部的唯一區別在于，在第一種情況中，編譯器(compiler) 會自動將函數作為inline 考慮，而在第二種情況下，函數只是一般的class成員函數。
? ? 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的成員均默認為private )，原因是我們已經定義了一個設置這些變量值的函數 (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。也許在一個這樣簡單的例子中，你無法看到這樣保護兩個變量有什么意義，但在比較復雜的程序中，這是非常重要的，因為它使得變量不會被意外修改 （這里意外指的是從object的角度來講的意外）。
? ?使用class的一個更大的好處是我們可以用它來定義多個不同對象(object)。例如，接著上面class CRectangle的例子，除了對象rect之外，我們還可以定義對象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: 調用函數rect.area() 與調用rectb.area()所得到的結果是不一樣的。這是因為每一個class CRectangle 的對象都擁有它自己的變量 x 和 y，以及它自己的函數set_value() 和 area()。
? ? ? ? 這是基于對象( object) 和 面向對象編程 (object-oriented programming)的概念的。這個概念中，數據和函數是對象(object)的屬性(properties)，而不是像以前在結構化編程 (structured programming) 中所認為的對象(object)是函數參數。在本節及后面的小節中，我們將討論面向對象編程的好處。
在這個具體的例子中，我們討論的class (object的類型)是CRectangle，有兩個實例(instance)，或稱對象(object)：rect 和 rectb，每一個有它自己的成員變量和成員函數。
構造函數和析構函數 (Constructors and destructors)
? ? ? ?對象(object)在生成過程中通常需要初始化變量或分配動態內存，以便我們能夠操作，或防止在執行過程中返回意外結果。例如，在前面的例子中，如果我們在調用函數set_values( ) 之前就調用了函數area()，將會產生什么樣的結果呢？可能會是一個不確定的值，因為成員x 和 y 還沒有被賦于任何值。
? ? ? 為了避免這種情況發生，一個class 可以包含一個特殊的函數：構造函數 constructor，它可以通過聲明一個與class同名的函數來定義。當且僅當要生成一個class的新的實例 (instance)的時候，也就是當且僅當聲明一個新的對象，或給該class的一個對象分配內存的時候，這個構造函數將自動被調用。下面，我們將實現包含一個構造函數的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，這個例子的輸出結果與前面一個沒有區別。在這個例子中，我們只是把函數set_values換成了class的構造函數constructor。注意這里參數是如何在class實例 (instance)生成的時候傳遞給構造函數的：
CRectangle rect (3,4);CRectangle rectb (5,6);
? ? ?同時你可以看到，構造函數的原型和實現中都沒有返回值(return value)，也沒有void 類型聲明。構造函數必須這樣寫。一個構造函數永遠沒有返回值，也不用聲明void，就像我們在前面的例子中看到的。
? ? ??析構函數Destructor?完成相反的功能。它在objects被從內存中釋放的時候被自動調用。釋放可能是因為它存在的范圍已經結束了（例如，如果object被定義為一個函數內的本地（local）對象變量，而該函數結束了）；或者是因為它是一個動態分配的對象，而被使用操作符delete釋放了。
? ? ?析構函數必須與class同名，加水波號tilde (~) 前綴，必須無返回值。
? ? ?析構函數特別適用于當一個對象被動態分別內存空間，而在對象被銷毀的時我們希望釋放它所占用的空間的時候。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 |
構造函數重載(Overloading Constructors)
? ? ? 像其它函數一樣，一個構造函數也可以被多次重載(overload)為同樣名字的函數，但有不同的參數類型和個數。記住，編譯器會調用與在調用時刻要求的參數類型和個數一樣的那個函數(Section 2.3, Functions-II)。在這里則是調用與類對象被聲明時一樣的那個構造函數。
? ? ? 實際上，當我們定義一個class而沒有明確定義構造函數的時候，編譯器會自動假設兩個重載的構造函數 (默認構造函數"default constructor" 和復制構造函數"copy constructor")。例如，對以下class：
[cpp]?view plaincopy
沒有定義構造函數，編譯器自動假設它有以下constructor 成員函數：
- Empty constructor
它是一個沒有任何參數的構造函數，被定義為nop (沒有語句)。它什么都不做。
CExample::CExample () { }; - Copy constructor
它是一個只有一個參數的構造函數，該參數是這個class的一個對象，這個函數的功能是將被傳入的對象（object）的所有非靜態（non-static）成員變量的值都復制給自身這個object。
[cpp]?view plaincopy - CExample::CExample?(const?CExample&?rv)?{??
- ?????a=rv.a;??b=rv.b;??c=rv.c;??
- ?}??
- ???
必須注意：這兩個默認構造函數（empty construction 和 copy constructor ）只有在沒有其它構造函數被明確定義的情況下才存在。如果任何其它有任意參數的構造函數被定義了，這兩個構造函數就都不存在了。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。
? ? ? ?當然，如果你也可以重載class的構造函數，定義有不同的參數或完全沒有參數的構造函數，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 被聲明的時候沒有參數，所以它被使用沒有參數的構造函數進行初始化，也就是width 和height 都被賦值為5。
注意在我們聲明一個新的object的時候，如果不想傳入參數，則不需要寫括號()：
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，我們只需要認識到，類一旦被定義就成為一種有效的數據類型，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;? ? ? 是一個指向class CRectangle類型的對象的指針。
? ? ? 就像數據機構中的情況一樣，要想直接引用一個由指針指向的對象(object)中的成員，需要使用操作符 ->。這里是一個例子，顯示了幾種可能出現的情況：
| // 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 （對象x的成員y）
- (*x).y 讀作: member y of object pointed by x（由x指向的對象的成員y）
- x->y 讀作: member y of object pointed by x (同上一個等價)
- x[0] 讀作: first object pointed by x（由x指向的第一個對象）
- x[1] 讀作: second object pointed by x（由x指向的第二個對象）
- x[n] 讀作: (n+1)th object pointed by x（由x指向的第n+1個對象）
在繼續向下閱讀之前，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，或者同時參考 小節 "3.3, 指針(Pointers)" 和 "3.5,?數據結構(Structures)".
由關鍵字struct和union定義的類
? ? ? ? 類不僅可以用關鍵字class來定義，也可以用struct或union來定義。
? ? ? ? 因為在C++中類和數據結構的概念太相似了，所以這兩個關鍵字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，而不僅僅有數據成員)。兩者定義的類的唯一區別在于由class定義的類所有成員的默認訪問權限為private，而struct定義的類所有成員默認訪問權限為public。除此之外，兩個關鍵字的作用是相同的。
? ? ? ?union的概念與struct和class定義的類不同， 因為union在同一時間只能存儲一個數據成員。但是由union定義的類也是可以有成員函數的。union定義的類訪問權限默認為public。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的C++ 面向对象（一）—— 类（Classes）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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