C++PrimerPlus第10章 对象和类笔记

文章目录

• • 10.1 过程性编程和面向对象编程
  • 10.2 抽象和类
  • 10.3 类的构造函数和析构函数
  • 10.4 this指针
  • 10.5 对象数组
  • 10.6 类作用域
  • 10.7 抽象数据类型
  • 10.8 总结

• 过程性编程和面对对象编程。
• 类概念。
• 如何定义和实现类。
• 公有类访问和私有类访问。
• 类的数据成员。
• 类方法（类函数成员）。
• 创建和使用类对象。
• 类的构造函数和析构函数。
• const成员函数。
• this指针。
• 创建对象数组。
• 类作用域。
• 抽象数据类型。

面向对象编程（OOP）特性：

• 抽象；
• 封装和数据隐藏；
• 多态；
• 继承；
• 代码的可重用性。

10.1 过程性编程和面向对象编程

过程性编程：
首先考虑要遵循的步骤，然后考虑如何表示这些数据（并不需要程序一直运行，用户可能希望能够将数据存储在一个文件中，然后从这个文件中读取数据）。

OOP方法：
首先从用户的角度考虑对象——描述对象所需的数据以及描述用户与数据交互所需的操作。完成对接口的描述后，需要确定如何实现接口和数据存储。最后，使用新的设计方案创建出程序。

10.2 抽象和类

简化。抽象。

10.2.1 类型是什么
指定基本类型完成了三项工作：

• 决定数据对象需要的内存数量；
• 决定如何解释内存中的位（long和float在内存中占用的位数相同，但将它们转换为数值的方法不同）；
• 决定可使用数据对象执行的操作或方法。

对于内置类型来说，有关操作的信息被内置到编译器中。但在C++中定义用户自定义的类型时，必须自己提供这些信息。根据实际需要定制新数据类型的强大功能和灵活性。

10.2.2 C++中的类
类是一种将抽象转换位用户定义类型的C++工具，它将数据表示和操纵数据的方法组合成一个整洁的包。

类规范由两个部分组成：

• 类声明：以数据成员的方式描述数据部分，以成员函数（被称为方法）的方式描述公有接口。
• 类方法定义：描述如何实现类成员函数。
  简单地说，类声明提供了类的蓝图，而方法定义则提供了细节。

接口是一个共享框架，供两个系统交互时使用。

1.访问控制
private(私有)、public(公有)、protected(继承)。

2.控制对成员的访问：公有还是私有
无论类成员是数据成员还是成员函数，都可以在类的公有部分或私有部分中声明它。
但由于隐藏数据，数据项通常放在私有部分，组成类接口的成员函数放在公有部分。
不必在类声明中使用关键字private，因为这是类对象的默认访问控制。

类和结构
唯一区别：结构的默认访问类型是public，类为private。
C++程序员通常使用类来实现类描述，而把结构限制为只表示纯粹的数据对象(常被称为普通老式数据(POD,Plain Old Data)结构)。

10.2.3 实现类成员函数
成员函数定义有两个特殊的特征：

• 定义成员函数时，使用作用域解析运算符(::)来标识函数所属的类；
• 类方法可以访问类的private组件。

类方法的完整名称中包括类名。Stock::updata()是函数的限定名(qualified name);而简单的updata()是全名的缩写(非限定名，upqualified name)，它只能在类作用域中使用。

1.成员函数说明
主要价值：通过使用函数调用，而不是每次重新输入计算代码，可以确保执行的计算完全相同。另外，如果必须修订计算代码（在这个例子中，这种可能性不大），则只需在一个地方进行修改即可。

2.内联方法
其定义位于类声明中函数都将自动成为内联函数。类声明常将短小的成员函数作为内联函数。
可以在类声明之外定义成员函数，并使其称为内联函数。只需在类实现部分中定义函数时使用inline限定符即可。
内联函数的特殊规则要求在每个使用它们的文件中都对其进行定义。所以一般都放在定义类的头文件中。

inline void Stock::set_tot()
{
	total_val = shares * share_val;
}

3.方法使用哪个对象
如何将类方法应用于对象，和使用结构成员一样，通过成员运算符：kate.show();。
注意：调用成员函数时，它将使用被用来调用它的对象的数据成员。
所创建的每个新对象都有自己的存储空间，用于存储其内部变量和类成员；但同一个类的所有对象共享同一组类方法，即每种方法只有一个副本。它们将执行同一个代码块，只是将这些代码用于不同的数据。

10.2.4 使用类
创建类对象的两种方法：
1.声明类变量
2.使用new为类对象分配存储空间

可以将对象作为函数的参数和返回值，也可以将一个对象赋给另一个。

要使用新类型，最关键的是要了解成员函数的功能，而不必考虑其实现细节。

客户/服务器模型
OOP程序员常依照客户/服务器模型来讨论程序设计。在这个概念中，客户是使用类的程序。类声明（包括类方法）构成了服务器，它是程序可以使用的资源。客户只能通过以公有方式定义的接口使用服务器，这意味着客户（客户程序员）唯一的责任是了解该接口。服务器（服务器设计人员）的责任是确保服务器根据该接口可靠并准确地执行。服务器设计人员只能修改类设计的实现细节，而不能修改接口。这样程序员独立地对客户和服务器进行改进，对服务器的修改不会对客户的行为造成意外的影响。

10.2.5 修改实现
将实现文件中对应方法函数内容修改即可。

10.2.6 小结
指定类设计的第一步是提供类声明。类声明类似结构声明，可以包括数据成员和函数成员。声明有私有部分，在其中声明的成员只能通过成员函数进行访问；声明还具有共有部分，在其中声明的成员可被使用类对象的程序直接访问。通常，数据成员被放在私有部分中，成员函数被放在公有部分中。公有部分的内容构成了设计的抽象部分——公有接口。将数据封装到私有部分中可以保护数据的完整性，这被称为数据隐藏。因此，C++通过类使得实现抽象、数据隐藏和封装等OOP特性很容易。

指定类设计的第二步是实现类成员函数。可以在类声明中提供完整的函数定义，而不是函数原型，但是通常的做法是单独提供函数定义（除非函数很小）。在这种情况下，需要使用作用域解析运算符来指出成员函数属于哪个类。

使用公有接口的两种方法：
例如，假设Bozo有一个名为Retort()的成员函数，该函数返回char指针。
1.char *Bozo::Retort()
Retort()不仅是一个char *类型的函数，而是一个属于Bozo类的char *函数。
2.Bozo bozetta; 或者 Bozo *bozetta;
bozetta.Retort();或者bozetta->Retort();
这将调用Retort()成员函数，每当其中的代码引用某个数据成员时，该函数都将使用bozetta对象中相应成员的值。

10.3 类的构造函数和析构函数

应为类提供被称为构造函数和析构函数的标准函数，为了让使用对象就像使用标准类型一样。

C++提供了一个特殊的成员函数——类构造函数，专门用于构造新对象、将值赋给它们的数据成员。更准确的说，C++为这些成员函数提供了名称和使用语法，而程序员需要提供方法定义。名称与类名相同。

10.3.1 声明和定义构造函数
成员名和参数名：构造函数的参数表示的不是类成员，而是赋给类成员的值。

10.3.2 使用构造函数
两种使用构造函数来初始化对象的方式。
1.显式地调用构造函数：
Stock food = Stock(“hello world.”,111,222);
2.隐试地调用构造函数：
Stock garment(“hhh”,222,333);
等价于
Stock garment = Stock(“hhh”,222,333));

构造函数的使用方式不同于其他类方法。一般来说，使用对象来调用方法：
stock1.show();
但无法使用对象来调用构造函数，因为在构造函数构造出对象之前，对象是不存在的。因此构造函数被用来创建对象，而不能通过对象来调用。

10.3.3 默认构造函数
默认构造函数是在未提供显示初始值时，用来创建对象的构造函数。
如果没有提供任何构造函数，则C++将自动提供默认构造函数。它是默认构造函数的隐式版本，不做任何工作。
当且仅当没有定义任何构造函数时，编译器才会提供默认构造函数。
提示：在设计类时，通常应提供对类成员做隐式初始化的默认构造函数。
隐式地调用默认构造函数时，不要使用圆括号。

10.3.4 析构函数
用构造函数创建对象后，程序负责跟踪该对象直到其过期为止。对象过期时，程序将自动调用析构函数。析构函数完成清理工作。
析构函数的名称，在类名前加上~。
析构函数没有参数，原型必须是这样的：~Stock();
什么时候调用析构函数：
这由编译器决定，通常不应在代码中显示地调用析构函数。
1.如果创建的是静态存储类对象，则其析构函数将在程序结束时自动被调用。
2.如果创建的是自动存储类对象，则其析构函数将在程序执行代码块时自动被调用。
3.如果对象是通过new创建的，则它将驻留在栈内存或自由存储区中，当使用delete来释放内存时，其析构函数将自动被调用。
4.程序可以创建临时对象来完成特定的操作，在这种情况下，程序将在结束对该对象的使用时自动调用其析构函数。

10.3.5 改进Stock类
类的构造函数析构函数完整例子，略。

10.3.6 构造函数和析构函数小结
构造函数是一种特殊的类成员函数，在创建类对象时被调用。构造函数的名称和类名相同，但通过函数重载，可以创建多个同名的构造函数，条件是每个函数的特征标（参数列表）都不同。另外，构造函数没有声明类型。通常，构造函数用于初始化对象的成员，初始化应于构造函数的参数列表匹配。

警告：接受一个参数的构造函数允许使用赋值语法将对象初始化为一个值：
Classname object = value；

默认构造函数没有参数，因此如果创建对象时没有进行显式地初始化，则将调用默认构造函数。如果程序中没有提供任何构造函数，则编译器会为程序定义一个默认构造函数；否则，必须自己提供默认构造函数。默认构造函数可以没有任何参数；如果有，则必须给所有参数都提供默认值。

就像对象被创建时程序将调用构造函数一样，当对象被删除时，程序将调用析构函数。每个类都只能有一个析构函数。析构函数没有返回类型（连void都没有），也没有参数，其名称为类名称前加上~。

10.4 this指针

注意：
每个成员函数（包括构造函数和析构函数）都有一个this指针。this指针指向调用对象。如果方法需要引用整个调用对象，则可以使用表达式this。在函数的括号后面使用const限定符将this限定为const，这样将不能使用this来修改对象的值。然而，要返回的并不是this，因为this是对象的地址，而是对象本身，即this（将解除引用运算符用于指针，将得到指针指向的值）。现在，可以将this作为调用对象的别名来完成前面的方法定义。

10.5 对象数组

创建同一个类的多个对象。声明对象数组的方法与声明标准类型数组相同。
初始化对象数组的方案是，首先使用默认构造函数创建数组元素，然后花括号中的构造函数将创建临时对象，然后将临时对象的内容复制到相应的元素中。因此，要创建类对象数组，则这个类必须有默认构造函数。

10.6 类作用域

函数名称的作用域可以是全局的，但不能是局部的。
C++类引入了一种新的作用域：类作用域。

在类中定义的名称（如类数据成员名和类成员函数名）的作用域都为整个类，作用域为整个类的名称只在该类中是已知的，在类外是不可知的。因此，可以在不同类中使用相同的类成员名而不会引起冲突。类作用域意味着不能从外部直接访问类的成员，公有成员函数也是如此。也就是说，要调用公有成员函数，必须通过对象。

总之，在类声明或成员函数定义中，可以使用未修饰的成员名称（未限定的名称）。构造函数名称在被调用时，才能被识别，因为他的名称与类名相同。在其他情况下，使用类成员名时，必须根据上下文使用成员运算符（.）、间接成员运算符（->）或作用域解析运算符（::）。

10.6.1 作用域为类的常量
有时候，使符号常量的作用域为类很有用。

class Bakery{
private:
	const int Months = 12;
	double costs[Months];
	...

以上是行不通的，因为声明类只是描述了对象的形式，并没有创建对象。因此，在创建对象前，将没有用于存储值的空间。

要想实现的第一种方式是：在类中声明一个枚举。

class Bakery{
private:
	enum {Months = 12};
	double costs[Months];
	...

用这种方式声明枚举并不会创建类数据成员。也就是说，所有对象都不包含枚举。
由于这里使用枚举只是为了创建符号常量，并不打算创建枚举类型变量，因此不需要提供枚举名。
by the way，ios_base类在其公有部分中完成了类似的工作，诸如ios_base::fixed等标识符就来自这里。其中fixed是ios_base类中定义的典型的枚举量。

另一种在类中定义常量的方式——使用关键字static：

class Bakery{
private:
	static const int Months = 12;
	double costs[Months];
	...

这将创建一个名为Moths的常量，该常量将与其他静态变量存储在一起，而不是存储在对象中。因此，只有一个Months常量，被所有Bakery对象共享。

10.6.2 作用域内枚举(C++)
传统的枚举存在一些问题，其中之一是两个枚举定义中的枚举量可能发生冲突。

enum egg {Small,Medium,Large,Jumbo};
enum t_shirt {Small,Medium,Large,Xlarge};

为避免这种问题，C++11提供了一种新枚举，其枚举量的作用域为类。

enum class egg {Small,Medium,Large,Jumbo};
enum class t_shirt {Small,Medium,Large,Xlarge};

也可使用关键字static代替class。无论使用那种方式，都需要使用枚举来限定枚举量：

egg choice = egg::Large;
t_shirt Floyd = t_shirt::Large;

默认情况下，C++11作用域内枚举的底层类型为int。
另外，还提供了一种语法，可用于做出不同的选择：

enum class:short pizza{Small.Medium,Large,XLarge};

:short将底层类型指定为short。底层类型必须为整型。

10.7 抽象数据类型

抽象数据类型（abstract data type,ADT）。
本节使用栈的特性举例来解释，略。

公有成员函数提供接口，私有数据成员负责存储数据。
私有部分必须标明数据存储的方式。

10.8 总结

面向对象编程强调的是程序如何表示数据。使用OOP方法解决编程问题的第一步是根据它与程序之间的接口来描述数据，从而指定如何使用数据。然后，设计一个类来实现该接口。私有数据成员存储信息，公有成员函数提供访问数据的唯一途径。类将数据和方法合成一个单元，其私有性实现数据隐藏。

类声明（包括由函数原型表示的方法）应放到头文件中。定义成员函数的源代码放在方法文件中。从理论上说，只需要知道公有接口就可以使用类。

类是用户定义的类型，对象是类的实例。

每个对象都存储自己的数据，而共享类方法。

如果希望成员函数对多个对象进行操作，可以将额外的对象作为参数传递给它。如果方法需要显式地引用调用它的对象，则可以使用this指针。由于this指针被设置为调用对象的地址，因此*this是该对象的别名。

类很适合用于描述ADT。