C++ 類 & 對象

說明：本文章內容大多來源於網絡（http://www.runoob.com/cplusplus/cpp-classes-objects.html），在此整理記錄自己的學習過程。

一、 簡介

1.類用於指定對象的形式，它包含了數據表示法和用於處理數據的方法。類中的數據和方法稱為類的成員。函數在一個類中被稱為類的成員。

2.類提供了對象的藍圖，所以基本上，對象是根據類來創建的。聲明類的對象，就像聲明基本類型的變量一樣。

二、類成員函數

1.類的成員函數是指那些把定義和原型寫在類定義內部的函數，就像類定義中的其他變量一樣。類成員函數是類的一個成員，它可以操作類的任意對象，可以訪問對象中的所有成員。

2.成員函數可以定義在類定義內部，或者單獨使用范圍解析運算符 :: 來定義。在類定義中定義的成員函數把函數聲明為內聯的，即便沒有使用 inline 標識符。

class Box
{
   public:
      double length;      // 長度
      double breadth;     // 寬度
      double height;      // 高度
   
      double getVolume(void)
      {
         return length * breadth * height;
      }
};

或者

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

三、構造函數

1.類的構造函數是類的一種特殊的成員函數，它會在每次創建類的新對象時執行。

2.構造函數的名稱與類的名稱是完全相同的，並且不會返回任何類型，也不會返回 void。構造函數可用於為某些成員變量設置初始值。

四、析構函數

1.類的析構函數是類的一種特殊的成員函數，它會在每次刪除所創建的對象時執行。

2.析構函數的名稱與類的名稱是完全相同的，只是在前面加了個波浪號（~）作為前綴，它不會返回任何值，也不能帶有任何參數。析構函數有助於在跳出程序（比如關閉文件、釋放內存等）前釋放資源。

注：刪除類對象時會調用析構函數；程序跳出對象作用域時會調用析構函數。

五、拷貝構造函數

拷貝構造函數是一種特殊的構造函數，它在創建對象時，是使用同一類中之前創建的對象來初始化新創建的對象。拷貝構造函數通常用於：

• 通過使用另一個同類型的對象來初始化新創建的對象。

  Box box2=box1;

   

• 復制對象把它作為參數傳遞給函數。

  printwidth(box1);

   

• 復制對象，並從函數返回這個對象。

如果在類中沒有定義拷貝構造函數，編譯器會自行定義一個。如果類帶有指針變量，並有動態內存分配，則它必須有一個拷貝構造函數。拷貝構造函數的最常見形式如下：

classname (const classname &obj) {//obj 是一個對象引用，該對象是用於初始化另一個對象的。
   // 構造函數的主體
}

六、友元函數

類的友元函數是定義在類外部，但有權訪問類的所有私有（private）成員和保護（protected）成員。盡管友元函數的原型有在類的定義中出現過，但是友元函數並不是成員函數。

友元可以是一個函數，該函數被稱為友元函數；友元也可以是一個類，該類被稱為友元類，在這種情況下，整個類及其所有成員都是友元。

如果要聲明函數為一個類的友元，需要在類定義中該函數原型前使用關鍵字 friend，如下所示：

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

聲明類 ClassTwo 的所有成員函數作為類 ClassOne 的友元，需要在類 ClassOne 的定義中放置如下聲明：

friend class ClassTwo;

七、內聯函數

1.C++ 內聯函數是通常與類一起使用。如果一個函數是內聯的，那么在編譯時，編譯器會把該函數的代碼副本放置在每個調用該函數的地方。

2.對內聯函數進行任何修改，都需要重新編譯函數的所有客戶端，因為編譯器需要重新更換一次所有的代碼，否則將會繼續使用舊的函數。

3.如果想把一個函數定義為內聯函數，則需要在函數名前面放置關鍵字 inline，在調用函數之前需要對函數進行定義。如果已定義的函數多於一行，編譯器會忽略 inline 限定符。

4.在類定義中的定義的函數都是內聯函數，即使沒有使用 inline 說明符。

Tip:

只有當函數只有 10 行甚至更少時才將其定義為內聯函數.

定義: 當函數被聲明為內聯函數之后, 編譯器會將其內聯展開, 而不是按通常的函數調用機制進行調用.

優點: 當函數體比較小的時候, 內聯該函數可以令目標代碼更加高效. 對於存取函數以及其它函數體比較短, 性能關鍵的函數, 鼓勵使用內聯.

缺點: 濫用內聯將導致程序變慢. 內聯可能使目標代碼量或增或減, 這取決於內聯函數的大小. 內聯非常短小的存取函數通常會減少代碼大小, 但內聯一個相當大的函數將戲劇性的增加代碼大小. 現代處理器由於更好的利用了指令緩存, 小巧的代碼往往執行更快。

結論: 一個較為合理的經驗准則是, 不要內聯超過 10 行的函數. 謹慎對待析構函數, 析構函數往往比其表面看起來要更長, 因為有隱含的成員和基類析構函數被調用!

另一個實用的經驗准則: 內聯那些包含循環或 switch 語句的函數常常是得不償失 (除非在大多數情況下, 這些循環或 switch 語句從不被執行).

有些函數即使聲明為內聯的也不一定會被編譯器內聯, 這點很重要; 比如虛函數和遞歸函數就不會被正常內聯. 通常, 遞歸函數不應該聲明成內聯函數.(遞歸調用堆棧的展開並不像循環那么簡單, 比如遞歸層數在編譯時可能是未知的, 大多數編譯器都不支持內聯遞歸函數). 虛函數內聯的主要原因則是想把它的函數體放在類定義內, 為了圖個方便, 抑或是當作文檔描述其行為, 比如精短的存取函數.

 八、this指針

在 C++ 中，每一個對象都能通過 this 指針來訪問自己的地址。this 指針是所有成員函數的隱含參數。因此，在成員函數內部，它可以用來指向調用對象。

友元函數沒有 this 指針，因為友元不是類的成員。只有成員函數才有 this 指針。

下面的實例有助於更好地理解 this 指針的概念：

#include <iostream>
 
using namespace std;

class Box
{
   public:
      // 構造函數定義
      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;
}

 

編譯執行結果

Constructor called.
Constructor called.
Box2 is equal to or larger than Box1

 

九、指向類的指針

一個指向 C++ 類的指針與指向結構的指針類似，訪問指向類的指針的成員，需要使用成員訪問運算符 ->，就像訪問指向結構的指針一樣。與所有的指針一樣，您必須在使用指針之前，對指針進行初始化。

十、類的靜態成員

1.使用 static 關鍵字可以把類成員定義為靜態的。當我們聲明類的成員為靜態時，這意味着無論創建多少個類的對象，靜態成員都只有一個副本。

2.靜態成員在類的所有對象中是共享的。如果不存在其他的初始化語句，在創建第一個對象時，所有的靜態數據都會被初始化為零。

3.不能把靜態成員的初始化放置在類的定義中，但是可以在類的外部通過使用范圍解析運算符 :: 來重新聲明靜態變量從而對它進行初始化

如果把函數成員聲明為靜態的，就可以把函數與類的任何特定對象獨立開來。靜態成員函數即使在類對象不存在的情況下也能被調用，靜態函數只要使用類名加范圍解析運算符 :: 就可以訪問。

靜態成員函數只能訪問靜態成員數據、其他靜態成員函數和類外部的其他函數。

靜態成員函數有一個類范圍，他們不能訪問類的 this 指針。您可以使用靜態成員函數來判斷類的某些對象是否已被創建。

靜態成員函數與普通成員函數的區別：

• 靜態成員函數沒有 this 指針，只能訪問靜態成員（包括靜態成員變量和靜態成員函數）。
• 普通成員函數有 this 指針，可以訪問類中的任意成員；而靜態成員函數沒有 this 指針。

#include <iostream>
 
using namespace std;

class Box
{
   public:
      static int objectCount;
      // 構造函數定義
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
         // 每次創建對象時增加 1
         objectCount++;
      }
      double Volume()
      {
         return length * breadth * height;
      }
      static int getCount()
      {
         return objectCount;
      }
   private:
      double length;     // 長度
      double breadth;    // 寬度
      double height;     // 高度
};

// 初始化類 Box 的靜態成員
int Box::objectCount = 0;

int main(void)
{
  
   // 在創建對象之前輸出對象的總數
   cout << "Inital Stage Count: " << Box::getCount() << endl;

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

   // 在創建對象之后輸出對象的總數
   cout << "Final Stage Count: " << Box::getCount() << endl;

   return 0;
}

 

編譯執行結果

Inital Stage Count: 0
Constructor called.
Constructor called.
Final Stage Count: 2

 

十一、綜合測試實驗

執行測試代碼，及其輸出結果如下所示：

#include <iostream>

using namespace std;

class Box{
    double width;//默認訪問修飾符為private
    double *high;//【當類成員變量是指針時，需在構造函數和拷貝構造函數中為其申請內存，並在析構函數中刪除內存】
public:
    void setWidth(double wid);
    void setHigh(double hig);
    double getHigh( void );
    Box(double wid, double hig);//構造函數
    ~Box(void);//析構函數
    Box(const Box &obj);//拷貝構造函數

    friend void printwidth(Box box);//友元函數
};
void Box::setWidth(double wid)
{
    width = wid;
}
void Box::setHigh(double hig)
{
    *high = hig;
}
double Box::getHigh( void )
{
    return *high;
}
Box::Box(double wid, double hig)
{
    cout << "調用構造函數" << endl;
    width = wid;
    high = new double;//申請內存
    *high = hig;
}
Box::~Box(void)
{
    cout << "調用析構函數並釋放內存" << endl;
    delete high;//釋放內存
}
Box::Box(const Box &obj)
{
    cout << "調用拷貝構造函數" << endl;
    width = obj.width;
    high = new double;//申請內存
    *high = *obj.high;
}
//友元函數不是類成員變量，但需在類中聲明
void printwidth(Box box)
{
    cout << "調用友元函數" << endl;
    cout << "width of box ：" << box.width << endl;
}
void printhigh(Box obj)
{
    cout << "high  of box ：" << obj.getHigh() << endl;
}
//程序主函數
int main( )
{
    Box box1(12,15);
    Box box2=box1;

    //輸出width、high
    printwidth(box1);
    printhigh(box1);
    printwidth(box2);
    printhigh(box2);

    //設置width、high
    box2.setWidth(13);
    box2.setHigh(16);

    //輸出width、high
    printwidth(box1);
    printhigh(box1);
    printwidth(box2);
    printhigh(box2);

    return 0;//調用析構函數（釋放box1、box2）
}