C++ 类 & 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。函数在一个类被称为类的成员。

C++ 类定义

定义一个类，本质上是定义一个数据类型的蓝图。这实际上并没有定义任何数据，但它定义了类的名称意味着什么，也就是说，它定义了类的对象包括了什么，以及可以在这个对象上执行哪些操作。

类定义是以关键字 class 开头，后跟类的名称。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。如下所示：

class Box

{

public:

　　double length; // 盒子的长度

　　double breadth; // 盒子的宽度

　　double height; // 盒子的高度

};

定义 C++ 对象

类提供了对象的蓝图，所以基本上，对象是根据类来创建的。声明类的对象，就像声明基本类型的变量一样。

如下所示：Box Box1; // 声明 Box1，类型为 Box

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访问运算符 (.) 来访问。

需要注意的是，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

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。

C++ 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。

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
};

成员函数可以定义在类定义内部，或者单独使用范围解析运算符 :: 来定义。在类定义中定义的成员函数把函数声明为内联的，即便没有使用 inline 标识符。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，如下所示：

double Box::getVolume(void)
{
    return length * breadth * height;
}

在这里，需要强调一点，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

C++ 类访问修饰符

数据封装是面向对象编程的一个重要特点，它防止函数直接访问类类型的内部成员。类成员的访问限制是通过在类主体内部对各个区域标记 public、private、protected 来指定的。关键字 public、private、protected 称为访问修饰符。

一个类可以有多个 public、protected 或 private 标记区域。每个标记区域在下一个标记区域开始之前或者在遇到类主体结束右括号之前都是有效的。成员和类的默认访问修饰符是 private。

公有（public）成员

公有成员在程序中类的外部是可访问的。可以不使用任何成员函数来设置和获取公有变量的值。

私有（private）成员

私有成员变量或函数在类的外部是不可访问的，甚至是不可查看的。只有类和友元函数可以访问私有成员。

默认情况下，类的所有成员都是私有的。

实际操作中，一般会在私有区域定义数据，在公有区域定义相关的函数，以便在类的外部也可以调用这些函数。

保护（protected）成员

保护成员变量或函数与私有成员十分相似，但有一点不同，保护成员在派生类（即子类）中是可访问的。

继承中的特点

有public, protected, private三种继承方式，它们相应地改变了基类成员的访问属性。

• 1.public 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：public, protected, private

• 2.protected 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：protected, protected, private

• 3.private 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：private, private, private

但无论哪种继承方式，上面两点都没有改变：

• 1.private 成员只能被本类成员（类内）和友元访问，不能被派生类访问；

• 2.protected 成员可以被派生类访问。

C++ 类构造函数 & 析构函数

类的构造函数

类的构造函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次创建类的新对象时执行。

构造函数的名称与类的名称是完全相同的，并且不会返回任何类型，也不会返回 void。构造函数可用于为某些成员变量设置初始值。

class Line

{

public:

　　void setLength( double len );

　　double getLength( void );

　　Line(); // 这是构造函数

private:

　　double length;

};

带参数的构造函数

默认的构造函数没有任何参数，但如果需要，构造函数也可以带有参数。这样在创建对象时就会给对象赋初始值。

class Line

{

public:

　　void setLength( double len );

　　double getLength( void );

　　Line(double len); // 这是构造函数

private:

　　double length;

};

使用初始化列表来初始化字段

使用初始化列表来初始化字段：Line::Line( double len): length(len)。

假设有一个类 C，具有多个字段 X、Y、Z 等需要进行初始化，同理地，您可以使用上面的语法，只需要在不同的字段使用逗号进行分隔：C::C( double a, double b, double c): X(a), Y(b), Z(c)

类的析构函数

类的析构函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次删除所创建的对象时执行。

析构函数的名称与类的名称是完全相同的，只是在前面加了个波浪号（~）作为前缀，它不会返回任何值，也不能带有任何参数。析构函数有助于在跳出程序（比如关闭文件、释放内存等）前释放资源。

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。拷贝构造函数通常用于：

• 通过使用另一个同类型的对象来初始化新创建的对象。

• 复制对象把它作为参数传递给函数。

• 复制对象，并从函数返回这个对象。

如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个。如果类带有指针变量，并有动态内存分配，则它必须有一个拷贝构造函数。拷贝构造函数的最常见形式如下：

classname (const classname &obj) { // 构造函数的主体 }

在这里，obj 是一个对象引用，该对象是用于初始化另一个对象的。

class Line

{

public:

　　int getLength( void );

　　Line( int len ); // 简单的构造函数

　　Line( const Line &obj); // 拷贝构造函数

　　~Line(); // 析构函数

private:

　　int *ptr;

};

拷贝构造函数

几个原则：

C++ primer p406 ：拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，具有单个形参，该形参（常用const修饰）是对该类类型的引用。当定义一个新对象并用一个同类型的对象对它进行初始化时，将显示使用拷贝构造函数。当该类型的对象传递给函数或从函数返回该类型的对象时，将隐式调用拷贝构造函数。

C++支持两种初始化形式：

拷贝初始化 int a = 5; 和直接初始化 int a(5); 对于其他类型没有什么区别，对于类类型直接初始化直接调用实参匹配的构造函数，拷贝初始化总是调用拷贝构造函数，也就是说：

A x(2);　　//直接初始化，调用构造函数
A y = x;　　//拷贝初始化，调用拷贝构造函数

必须定义拷贝构造函数的情况：

只包含类类型成员或内置类型（但不是指针类型）成员的类，无须显式地定义拷贝构造函数也可以拷贝；有的类有一个数据成员是指针，或者是有成员表示在构造函数中分配的其他资源，这两种情况下都必须定义拷贝构造函数。

什么情况使用拷贝构造函数：

类的对象需要拷贝时，拷贝构造函数将会被调用。以下情况都会调用拷贝构造函数：

• （1）一个对象以值传递的方式传入函数体
• （2）一个对象以值传递的方式从函数返回
• （3）一个对象需要通过另外一个对象进行初始化。

C++ 友元函数

类的友元函数是定义在类外部，但有权访问类的所有私有（private）成员和保护（protected）成员。尽管友元函数的原型有在类的定义中出现过，但是友元函数并不是成员函数。

友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类，在这种情况下，整个类及其所有成员都是友元。

如果要声明函数为一个类的友元，需要在类定义中该函数原型前使用关键字 friend，如下所示：

class Box
{
   double width;
public:
   double length;
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

C++ 内联函数

C++ 内联函数是通常与类一起使用。如果一个函数是内联的，那么在编译时，编译器会把该函数的代码副本放置在每个调用该函数的地方。

对内联函数进行任何修改，都需要重新编译函数的所有客户端，因为编译器需要重新更换一次所有的代码，否则将会继续使用旧的函数。

如果想把一个函数定义为内联函数，则需要在函数名前面放置关键字 inline，在调用函数之前需要对函数进行定义。如果已定义的函数多于一行，编译器会忽略 inline 限定符。

在类定义中的定义的函数都是内联函数，即使没有使用 inline 说明符。

Tip： 只有当函数只有 10 行甚至更少时才将其定义为内联函数.

定义: 当函数被声明为内联函数之后, 编译器会将其内联展开, 而不是按通常的函数调用机制进行调用.

优点: 当函数体比较小的时候, 内联该函数可以令目标代码更加高效. 对于存取函数以及其它函数体比较短, 性能关键的函数, 鼓励使用内联.

缺点: 滥用内联将导致程序变慢. 内联可能使目标代码量或增或减, 这取决于内联函数的大小. 内联非常短小的存取函数通常会减少代码大小, 但内联一个相当大的函数将戏剧性的增加代码大小. 现代处理器由于更好的利用了指令缓存, 小巧的代码往往执行更快。

结论: 一个较为合理的经验准则是, 不要内联超过 10 行的函数. 谨慎对待析构函数, 析构函数往往比其表面看起来要更长, 因为有隐含的成员和基类析构函数被调用!

另一个实用的经验准则: 内联那些包含循环或 switch 语句的函数常常是得不偿失 (除非在大多数情况下, 这些循环或 switch 语句从不被执行).

有些函数即使声明为内联的也不一定会被编译器内联, 这点很重要; 比如虚函数和递归函数就不会被正常内联. 通常, 递归函数不应该声明成内联函数.(递归调用堆栈的展开并不像循环那么简单, 比如递归层数在编译时可能是未知的, 大多数编译器都不支持内联递归函数). 虚函数内联的主要原因则是想把它的函数体放在类定义内, 为了图个方便, 抑或是当作文档描述其行为, 比如精短的存取函数.

C++ this 指针

在 C++ 中，每一个对象都能通过 this 指针来访问自己的地址。this 指针是所有成员函数的隐含参数。因此，在成员函数内部，它可以用来指向调用对象。

友元函数没有 this 指针，因为友元不是类的成员。只有成员函数才有 this 指针。

#include <iostream>
 
using namespace std;

class Box
{
   public:
      // 构造函数定义
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
      }
      double Volume()
      {
         return length * breadth * height;
      }
      int compare(Box box)
      {
         return this->Volume() > box.Volume();
      }
   private:
      double length;     // Length of a box
      double breadth;    // Breadth of a box
      double height;     // Height of a box
};

int main(void)
{
   Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // Declare box1
   Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // Declare box2

   if(Box1.compare(Box2))
   {
      cout << "Box2 is smaller than Box1" <<endl;
   }
   else
   {
      cout << "Box2 is equal to or larger than Box1" <<endl;
   }
   return 0;

}

C++ 指向类的指针

一个指向 C++ 类的指针与指向结构的指针类似，访问指向类的指针的成员，需要使用成员访问运算符 ->，就像访问指向结构的指针一样。与所有的指针一样，您必须在使用指针之前，对指针进行初始化。

C++ 类的静态成员

可以使用 static 关键字来把类成员定义为静态的。当我们声明类的成员为静态时，这意味着无论创建多少个类的对象，静态成员都只有一个副本。

静态成员在类的所有对象中是共享的。如果不存在其他的初始化语句，在创建第一个对象时，所有的静态数据都会被初始化为零。

不能把静态成员的初始化放置在类的定义中，但是可以在类的外部通过使用范围解析运算符 :: 来重新声明静态变量从而对它进行初始化，

静态函数成员

如果把函数成员声明为静态的，就可以把函数与类的任何特定对象独立开来。静态成员函数即使在类对象不存在的情况下也能被调用，静态函数只要使用类名加范围解析运算符 :: 就可以访问。

静态成员函数只能访问静态数据成员，不能访问其他静态成员函数和类外部的其他函数。

静态成员函数有一个类范围，他们不能访问类的 this 指针。可以使用静态成员函数来判断类的某些对象是否已被创建。

#include <iostream>
 
using namespace std;

class Box
{
   public:
      static int objectCount;
      // 构造函数定义
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
         // 每次创建对象时增加 1
         objectCount++;
      }
      double Volume()
      {
         return length * breadth * height;
      }
      static int getCount()
      {
         return objectCount;
      }
   private:
      double length;     // 长度
      double breadth;    // 宽度
      double height;     // 高度
};

// 初始化类 Box 的静态成员
int Box::objectCount = 0;

int main(void)
{
  
   // 在创建对象之前输出对象的总数
   cout << "Inital Stage Count: " << Box::getCount() << endl;

   Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // 声明 box1
   Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // 声明 box2

   // 在创建对象之后输出对象的总数
   cout << "Final Stage Count: " << Box::getCount() << endl;

   return 0;
}