C++结构和类
2011年08月08日


序:结构和类,是面向对象程序设计语言C++的基础和核心。我特意花时间整理了一下这部分的知识点,还包括了延伸知识点和静态成员等相关内容。


1. 结构和类的区别

一个结构如下:

struct Student
{
private:
       int num;
       char name[20];
       char sex;
public:
       void display()
       {…}
};
Student stud1,stud2;

可以说结构只是类的一部分,struct声明的结构体类型实际上也是类类型。区别是,用struct声明的结构体类型,默认是public的,而用class定义的类,默认是private的。

 

2. 成员函数在类之外定义

void Student::display()

{…}

 

3. inline声明

在类内定义的简单成员函数会被系统默认声明为inline,在类外定义的函数,如果想将指定为内置函数,应当与inline作显式声明,如:

class Student
{
public:
       inline void display();
private:
       int num;
       char sex;
};
inline void Student::display()
{…}

4. 对象成员的引用 

stud1.num = 10101;
stud1.display();
用指针:
class Time
{
public:
       int hour;
       int minute;
};
Time t, *p;
p=&t;
cout<<p->hour; //也可以用(*p).hour

5.综合例子

int main()
{
       //带默认参数的函数声明
       void set_time(Time&, int hour=0, int minute=0, int sec=0);
       void show_time(Time&);
 
       Time t1;
       show_time(t1); //使用默认参数,输出0:0:0
 
       Time t2;
       set_time(t2,8,30,16);
       show_time(t2); //输出8:30:16
       return 0;
}

6.构造函数

用于类对象的初始化,有下面几种形式:

形式一:在内部定义并初始化(无参数形式)

class Student
{
public:
       Student() //定义无参数的构造函数,并赋初值
       {
              num=10101;
              name="Wang xiao";
              sex='f';
       }
       void display();
private:
       int num;
       string name;
       char sex;
};

形式二:在内部声明,在外部定义并初始化(无参数形式)

class Student
{
public:
       Student(); //声明无参数的构造函数
       void display();
private:
       int num;
       string name;
       char sex;
};
Student::Student() //定义构造函数,并初始化
{
       num=10101;
       name="Wang xiao";
       sex='f';
}

注:“无参数的构造函数”的特点是:一次性的初始化,以后不能再调用构造函数重新初始化。

 

形式三:在内部声明,在外部定义,不初始化

class Student
{
public:
       Student(int ,string, char); //声明带3个参数的构造函数
       void display();
private:
       int num;
       string name;
       char sex;
};
Student::Student(int n, string s, char c)
{
       num=n; 
       name=s;
       sex=c;
}
然后,在主函数中新建对象并初始化:
Student stud(10101, "Wang xiao", 'f');

形式四:在外部采用“初始化表”的形式来定义,不初始化

class 同形式三;

Student::Student(int n, string s, char c):num(n), name(s), sex(c){}


形式五:形式一和二的带参数和默认值的形式

类似于形式三和四,只需要在声明时写作:

Student(int=10102 ,string=”Wang xiao”, char=’f’);

即可。注:和“无参数的构造函数”相比,有参数的构造函数可以多次调用构造函数来进行多次初始化,而无参数形式只能一次性初始化。

 

形式六:不同个数参数的构造函数(既构造函数的重载)

可以说是形式一到五的一般形式:

class classexample
{
public:
       classexample()//构造函数1,无参数,即形式一的形式
       {
              i=0;
              d=0.0;
       }
       classexample(int numi) //构造函数2,只有一个参数,注意:此时另一个必须指定默认值
       {
              i=numi; d=0.0; //d指定默认值为0.0
       }
       classexample(int numi, double numd) //构造函数3,满参数,类似于形式三
       {
              i=numi;
              d=numd;
       }
private:
       int i;
       double d;
}; 
void main()
{
       //系统会根据参数的个数自动判断调用哪一个构造函数
       classexample A; //无参数,调用构造函数1
       classexample B(3);  //一个参数,调用构造函数2
       classexample C(3, 2.2);  //两个参数,调用构造函数3
}


7.多文件类和构造函数的例子

一个三个文件student.h, student.cpp和main.cpp,内容如下:

#include <string>
using namespace std;
class Student
{
public:
       Student(int, string, char);//定义构造函数
       void display();
private:
       int num;
       string name;
       char sex;
};
#include<iostream>
#include"student.h"
void Student::display()
{
       cout<<"num:"<<num<<endl;
       cout<<"name:"<<name<<endl;
       cout<<"sex:"<<sex<<endl;
}
Student::Student(int n, string s, char c):num(n), name(s), sex(c){}
#include"student.h"
using namespace std;
int main()
{
       Student stud(10102, "Wang xiao", 'f');
       stud.display();
       return 0;
}

多文件编译时要把3个文件都放入同一个工程文件中(其中.h文件会自动包含进来,但是.cpp文件需手动加入),具体方法:先打开main.cpp文件然后编译它(Compile),先不忙建立连接(Build),打开student.cpp文件编译,然后再连接main.cpp文件,最后执行main.cpp就OK了。该构造函数采用了3个参数的形式。

 

8.相关延伸

a. 对象的复制,拷贝(复制)构造函数

例如:Box box2(box1); //利用box1克隆出一个新对象box2

实际上这个函数的形式是:

Box::Box(const Box& b) // 调用构造函数
{
       height=b.height;
       width=b.width;
       length=b.length;
}

C++还提供了另一种复制形式:

Box box2=box1;

系统会根据实参的类型决定调用普通构造函数还是复制构造函数。例如:

void fun(Box b)
{}
int main()
{Box box1(12,15,19);
 fun(box1); //调用fun()
}

例2:

Box f()
{Box box1(12,15,18); return box1;}
 
int main()
{Box box2;
 box2=f(); //调用f()
}

b. 析构函数

当对象的生命周期结束后会自动调用析构函数。析构函数的作用并不是删除对象,而是在撤销对象占用的内存之前完成一些清理工作。它还可以被用来执行“用户希望在最后一次使用对象之后所执行的任何操作”,例如输出有关信息。例如:

class Student
{public:
       Student(int n, string nam, char s){…} //定义构造函数
       ~Student() //定义析构函数
       {cout<<”Destructor called.”<<endl;}
       ……
}

c. 类对象数组

定义方式:

Student stud[3]={ //定义一个一维对象数组并调用构造函数初始化
       Student(1001,18,87);
       Student(1001,18,87);
       Student(1001,18,87);
};

d. 对象指针

1.指向对象的指针:

Time *pt;
Time t1;
pt=&t1;
pt->get_time();

2.指向数据成员的指针:

int *p1;
p1=&t1.hour;
cout<<*p1;

3.指向成员函数的指针:

void (Time::*p2)();
p2=&Time::get_time; //可以合并成一行:void (Time::*p2)()=&Time::get_time;
Time t1;
(t1.*p2)(); //记住这种调用方式!

4.this指针

this指针的作用:如果对同一个类定义了n个对象,这有n组同样大小的空间存放n个对象中得数据成员,而不同的对象所调用的都是同一个函数代码段,当不同对象的成员函数引用数据成员时,如何能保证引用的是所指定的对象的数据成员呢,这就是this指针的作用。

例如调用t1.volume();实际上系统隐含转换成t1.volume(&t1);虽然volume并没有参数,但是为了识别出t1的数据成员,会把t1当做参数传递,内部用this指针指向t1的具体参数。即把函数定义处理为:

int Box::volume(Box *this)
{
       return((this->height)*(this->width)*(this->length))
}

这样调用t1.volume()时,即调用t1.volume(&t1),把&t1赋值给this指针,即this是指向对象的指针。

 

e. 常对象,对象的常引用

1.常对象:

Time const t1(12,34,46); 或者 const Time t1(12,34,46);

//即在用构造函数初始化时多加一个关键字“const”。


2.常数据成员:

const int hour;

这样定义后hour就是常数据成员了,它不能被赋值,如果要初始化,应该用初始化表的形式,即:

Time::Time(int h):hour(h){}

3.常成员函数

void get_time() const; //把const放在最后

4.指向对象的常指针

Time t1(10,12,15);

Time * const p1=&t1; //在*与指针名之间加const,以后指针就不能改变指向了

也可以分两行写:

Time * const p1;

p1=&t1;

5.指向常对象的指针

例如:

const int *p1; //指向常int类型数据的指针,可改变指向,但是指针的值不能被修改

const Time *p=&t1; //注意与上面的Time * const p1=&t1;的区别

指向常对象的指针最常用于函数的形参,目的是保护所指的对象不被修改,例如:

int main()
{void fun(const Time *p);
 Time t1(10,13,56);
 fun(&t1); //此时传过去的值不能被修改。
}

6.对象的常引用

一个变量的引用其实就是变量的别名。例:

#include<iostream>
using namespace std;
class Time
{public:
       Time(int, int, int);
       int hour;
       int minute;
       int sec;
};
Time::Time(int h, int m, int s):hour(h), minute(m), sec(s){}
 
void fun(Time &t) //如果规定不修改实参t1的值,可以声明为const Time &t,此时赋值语句t.hour=18就是非法
{t.hour=18;}
 
int main()
{
       Time t1(10,13,56);
       fun(t1);
       cout<<t1.hour<<endl;
       return 0;
}

f. 对象的动态建立和释放

例如:

Box *pt;

pt=new Box;

在程序中就可以通过pt访问这个新建的对象了:

cout<<pt->height;

C++还允许在执行new时,对新建立的对象进行初始化:

Box *pt= new Box(12,15,18); //推荐形式

用delete运算符予以释放:

delete pt; //在释放内存空间之前,自动调用析构函数完成有关善后清理工作

其实,之所以称之为“动态”,是因为这样开辟的内存空间是没有名称的,如果不用new运算符,必须写作:

Box t(12,15,18);

Box *pt=&t;

此时的内存空间是对象t,而用new时就没有名字。

 

一,静态成员

1. 静态数据成员

  类的对象数据成员都是各自调用各自的,不能为所有对象所共享。使用全局变量又有到处都可以修改全局变量的值的弊端(静态数据成员的值也是可以被修改的!之所以称为“静态”,是因为修改后不复原)。因此实际工作中很少使用全局变量。如果想在同类的多个对象之间实现数据共享,也不要使用全局变量,可以使用静态的数据成员。例如:

class Box
{
public:
       int volume();
private:
       static int height;
       int width;
       int length;
};

静态数据成员不只属于某个对象,所有对象都可以引用它,即使不定义对象,也为静态数据成员分配空间,它也可以被引用!(它可以通过对象名引用,也可以直接通过类名来引用),例如:

cout<<a.height<<endl;  //通过对象a引用

cout<<b.height<<endl;  //通过对象b引用

cout<<Box::height<<endl;  //通过类名引用

静态数据成员可以初始化,但只能在类外。如:

int Box::height=10;  //注意,初始化时前面要加类型,比如int

不能用参数初始化表对它进行初始化。如:

Box(int h, int w, int len):height(h){} //是错误的

如果未对静态数据成员赋初值,则编译系统会自动赋初值0。

 

2. 静态成员函数

和静态数据成员的定义和调用类似:

static int volume();

要注意的是:静态成员函数没有this指针,由此决定了静态成员函数不能直接访问本类中的非静态数据成员(可以用传参数的形式访问),只能直接引用本类中的静态数据成员。例如:

#include<iostream>
using namespace std;
class Student
{
public:
       Student(int n, int a, float s):num(n),age(a),score(s){}
       void total();
       static float average();
private:
       int num;
       int age;
       float score;
       static float sum;
       static int count;
};
void Student::total()
{
       sum+=score;
       count++;
}
float Student::average() //只访问静态数据成员
{
       return(sum/count);
}
float Student::sum=0; //初始化静态数据成员
int Student::count=0;
 
int main()
{
       Student stud[3]={
              Student(10001,18,70),
              Student(1002,19,78),
              Student(1003,20,82)
       };
 
       stud[0].total();
       stud[1].total();
       stud[2].total();
       cout<<"The average score of the students is "<<Student::average()<<endl;
       return 0;
}

如要使静态函数static float average()访问非静态数据成员,例如访问stud[0].score,这应该用函数传参数的形式,例如:

声明:

static float average(const Student &);

定义:

float Student::average(const Student &stu)

{

       cout<<stu.score<<endl;

       return(sum/count);

}

引用:

cout<<Student::average(stud[2]);

 

二、友元

friend函数可以是普通非成员函数或者另一个类中的成员函数。

1.普通函数声明为友元函数

直接在public中加入一句声明:

friend void display(Time &);

在类外定义的友元函数display()内容如下:

void display(Time &t)

{cout<<t.hour<<”: ”<<t.minute<<endl;}

注意,display是一个在类外定义的且未用类Time作限定的函数,它是非成员函数,不属于任何类。用friend声明后就可以应用Time类中的私有成员。

 

2.另一个类的成员函数声明为友元函数

#include<iostream>
using namespace std;
class Date;  //对Date类的提前引用声明
class Time
{
public:
       Time(int, int, int);
       void display(Date &);
private:
       int hour;
       int minute;
       int sec;
};
class Date
{
public:
       Date(int, int, int);
       friend void Time::display(Date &); //将Time类中的成员函数声明为本类的友元函数
private:
       int month;
       int day;
       int year;
};
 
void Time::display(Date &d)
{……}
……
int main()
{
       Time t1(…);
       Date d1(…);
       t1.display(d1); //t1的成员函数调用对象d1
       return 0;
}

3.友元类

好比一个家庭不仅允许一个好朋友可以进入他们的家庭,还允许他全家的人都可以进入他们的卧室。声明友元类的方式:

friend 类名;

在实际工作中,除非必要,一般不把整个类声明为友元类。

 

三、类模板

函数模板是针对于功能相同而数据类型不同的一些函数。同理,类模板也是如此。

声明类模板:

template <class 类型参数名>