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C++ 类和对象

C++ 在 C 语言的基础上增加了面向对象编程,C++ 支持面向对象程序设计。类是 C++ 的核心特性,通常被称为用户定义的类型。类用于指定对象的形式,它包含了数据表示法和用于处理数据的方法。类中的数据和方法称为类的成员。函数在一个类中被称为类的成员。

C++ 类定义

类是创建对象的模板,一个类可以创建多个对象,每个对象都是类类型的一个变量;创建对象的过程也叫类的实例化。每个对象都是类的一个具体实例(Instance),拥有类的成员变量和成员函数。

类定义是以关键字 class 开头,后跟类的名称。其功能与 C 语言中的 struct 类似,不同之处是 class 可以包含函数,而不像struct 只能包含数据元素。类的主体是包含在一对花括号中。类定义后必须跟着一个分号或一个声明列表。

类定义的形式是:

class class_name {
    permission_label_1:
    	member1;
    permission_label_2:
        member2;
    ...
} object_name;

其中 class_name 是类的名称 (用户自定义的类型) ,而可选项object_name 是一个或几个对象(object)标识。Class的声明体中包含成员members,成员可以是数据或函数定义,同时也可以包括允许范围标志 permission labels,范围标志可以是以下三个关键字中任意一个:private:, public: 或 protected:。它们分别代表以下含义:

  • private :class的private成员,只有同一个class的其他成员或该class的“friend” class可以访问这些成员
  • protected :class的protected成员,只有同一个class的其他成员,或该class的“friend” class,或该class的子类(derived classes) 可以访问这些成员。
  • public :class的public成员,任何可以看到这个class的地方都可以访问这些成员。

注意:如果我们在定义一个class成员的时候没有声明其允许范围,这些成员将被默认为 private范围

这里,我以使用关键字class定义Student数据类型为例,代码如下所示:

class Student
{
public:
	double score;
	int number;
	char name[];
};

再看一个复杂些的例子,代码如下所示:

class CRectangle {
        int x, y;
    public:
        void set_values (int,int);
        int area (void);
} rect;

这个例子定义了一个class CRectangle 和该class类型的对象变量rect 。这个class 有4个成员:两个整型变量 (x 和 y) ,在private 部分 (因为private 是默认的允许范围);以及两个函数, 在 public 部分:set_values() 和 area(),这里只包含了函数的原型(prototype)。

注意class名称与对象(object)名称的不同:在上面的例子中,CRectangle 是class 名称 (即用户定义的类型名称),而rect 是一个CRectangle类型的对象名称。它们的区别就像下面例子中类型名 int和 变量名a 的区别一样:

定义C++ 对象

类定义了对象的蓝图,基本上,对象是根据类来创建的。声明类的对象,和声明基本类型的变量一样。下面的代码声明了类Student的两个对象:

Student student1;
Student student2;

访问数据成员

类的对象的公共数据成员可以使用直接成员运算符(.)来访问。注意,如果是用 new 创建的对象不是用 “*”或“.” 来访问该对象的成员函数的,而是用运算符->”

C语言中,如果结构标识符是结构名,则使用句点运算符;如果标识符是指向结构的指针,则使用箭头运算符,p->a等价于(*p).a。

下面是一个完整实例的代码:

#include "iostream"

using namespace std;
class Student
{
public:
	double score;    // 分数
	int number;      // 学号
	char name[10];     // 名字
};
int main()
{
	Student student1; // 声明student1,类型为Student
	Student student2; // 声明Student2,类型为Student

	// student1.name = "Harley";
	student1.number = 2017210969;
	student1.score = 98.2;

	// student1.name = "Alen";
	student2.number = 2017210968;
	student2.score = 80.9;

	cout << "Harley: " << "的分数为: " << student1.score << endl;
	cout << "Alen: " << "的分数为: " << student2.score << endl;
	return 0;
}

当上面代码被编译和执行时,输出如下所示:

值得注意的是,私有的成员和受保护的成员不能使用直接成员访问运算符 (.) 来直接访问

类 & 对象详解

上面只是列举了类 & 对象的一些基本知识和概念,类 & 对象的知识还有很多,下表列出了一些主要知识:

概念 描述
类成员函数 类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数,就像类定义中的其他变量一样。
类访问修饰符 类成员可以被定义为 public、private 或 protected。默认情况下是定义为 private。
构造函数 & 析构函数 类的构造函数是一种特殊的函数,在创建一个新的对象时调用。类的析构函数也是一种特殊的函数,在删除所创建的对象时调用。
C++ 拷贝构造函数 拷贝构造函数,是一种特殊的构造函数,它在创建对象时,是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。
C++ 友元函数 友元函数可以访问类的 private 和 protected 成员。
C++ 内联函数 通过内联函数,编译器试图在调用函数的地方扩展函数体中的代码。
C++ 中的 this 指针 每个对象都有一个特殊的指针 this,它指向对象本身。
C++ 中指向类的指针 指向类的指针方式如同指向结构的指针。实际上,类可以看成是一个带有函数的结构。
C++ 类的静态成员 类的数据成员和函数成员都可以被声明为静态的。

类成员函数

类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数,就像类定义中的其他变量一样。类成员函数是类的一个成员,它可以操作类的任意对象,可以访问对象中的所有成员。

我这里用Class关键字新定义一个类Box,使用成员函数来访问类的成员,而不是直接访问这些类的成员:

class Box
{
   public:
      double length;         // 长度
      double breadth;        // 宽度
      double height;         // 高度
      double getVolume(void);// 返回体积
};

成员函数可以在类内部定义,或者单独使用范围解析运算符 :: 来定义。即使没有使用 inline 标识符,在类定义中定义的成员函数也把函数声明为内联的。所以可以按照如下方式定义 Volume() 函数:

class Box
{
   public:
      double length;      // 长度
      double breadth;     // 宽度
      double height;      // 高度
   
      double getVolume(void)
      {
         return length * breadth * height;
      }
};
// 也可以在类的外部使用范围解析运算符::定义该函数,代码如下所示:
double Box::getVolume(void)
{
	return length * breadth * height;
}

值得注意的是,在 :: 运算符之前必须使用类名。调用成员函数是在对象上使用点运算符(.),这样它就能操作与该对象相关的数据,如下所示:

Box myBox;          // 创建一个对象
myBox.getVolume();  // 调用该对象的成员函数

下面看一个完整的实例,代码如下所示:

#include "iostream"
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;         // 长度
      double breadth;        // 宽度
      double height;         // 高度
 
      // 成员函数声明
      double getVolume(void);
      void setLength( double len );
      void setBreadth( double bre );
      void setHeight( double hei );
};
 
// 成员函数定义
double Box::getVolume(void)
{
    return length * breadth * height;
}
 
void Box::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
void Box::setBreadth( double bre )
{
    breadth = bre;
}
 
void Box::setHeight( double hei )
{
    height = hei;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box Box1;                // 声明 Box1,类型为 Box
   Box Box2;                // 声明 Box2,类型为 Box
   double volume = 0.0;     // 用于存储体积
 
   // box 1 详述
   Box1.setLength(6.0); 
   Box1.setBreadth(7.0); 
   Box1.setHeight(5.0);
 
   // box 2 详述
   Box2.setLength(12.0); 
   Box2.setBreadth(13.0); 
   Box2.setHeight(10.0);
 
   // box 1 的体积
   volume = Box1.getVolume();
   cout << "Box1 的体积:" << volume <<endl;
 
   // box 2 的体积
   volume = Box2.getVolume();
   cout << "Box2 的体积:" << volume <<endl;
   return 0;
}

当上面代码被编译执行后,输出结果如下所示:

参考资料

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2018-12-04