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。函数在一个类中被称为类的成员。
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。例如,我们使用关键字 class 定义 Box 数据类型,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
};
关键字 public 确定了类成员的访问属性。在类对象作用域内,公共成员在类的外部是可访问的。您也可以指定类的成员为 private 或 protected,这个我们稍后会进行讲解。
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。下面的语句声明了类 Box 的两个对象:
Box Box1; // 声明 Box1,类型为 Box
Box Box2; // 声明 Box2,类型为 Box
对象 Box1 和 Box2 都有它们各自的数据成员。
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。为了更好地理解这些概念,让我们尝试一下下面的实例:
实例
#include <iostream>
using namespace std;
class Box
{
public:
double length; // 长度
double breadth; // 宽度
double height; // 高度
};
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.height = 5.0;
Box1.length = 6.0;
Box1.breadth = 7.0;
// box 2 详述
Box2.height = 10.0;
Box2.length = 12.0;
Box2.breadth = 13.0;
// box 1 的体积
volume = Box1.height * Box1.length * Box1.breadth;
cout << "Box1 的体积:" << volume <<endl;
// box 2 的体积
volume = Box2.height * Box2.length * Box2.breadth;
cout << "Box2 的体积:" << volume <<endl;
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时,它会产生下列结果:
Box1 的体积:210 Box2 的体积:1560
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。我们将在后续的教程中学习如何访问私有成员和受保护的成员。
类 & 对象详解
到目前为止,我们已经对 C++ 的类和对象有了基本的了解。下面的列表中还列出了其他一些 C++ 类和对象相关的概念,可以点击相应的链接进行学习。
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。 |
关于C++中this指针的理解:当你进入一个房子后,你可以看到房子内的桌子、椅子、地板等;但是你看不到房子的全貌;对于类来说,你可以看到成员函数、成员变量,但你看不到实例本身,但是应用this可以让我们看到这个实例本身。
我的理解:class类就好比这座房子,this就好比一把钥匙,通过钥匙来打开了这座房子的门,那么里面的东西就随意你取用了。
因为this作用域是在类的内部,自己声明一个类的时候,还不知道实例化对象的名字,所以用this来使用对象变量的自身。在非静态成员函数中,编译器在编译的时候加上this作为隐含形参,通过this来访问各个成员(即使你没有写上this指针)
代码实例:
C++ 中的 struct 对 C 中的 struct 进行了扩充,它已经不再只是一个包含不同数据类型的数据结构了,它已经获取了太多的功能。
struct 能包含成员函数吗? 能!
struct 能继承吗? 能!!
struct 能实现多态吗? 能!!!
既然这些它都能实现,那它和 class 还能有什么区别?
最本质的一个区别就是默认的访问控制,体现在两个方面:
1)默认的继承访问权限。struct是public的,class是private的。
你可以写如下的代码:
这个时候 B 是 public 继承 A 的。
如果都将上面的 struct 改成 class,那么 B 是 private 继承 A 的。这就是默认的继承访问权限。
所以我们在平时写类继承的时候,通常会这样写:
就是为了指明是 public 继承,而不是用默认的 private 继承。
当然,到底默认是 public 继承还是 private 继承,取决于子类而不是基类。
我的意思是,struct 可以继承 class,同样 class 也可以继承 struct,那么默认的继承访问权限是看子类到底是用的 struct 还是 class。如下:
2)struct 作为数据结构的实现体,它默认的数据访问控制是 public 的,而 class 作为对象的实现体,它默认的成员变量访问控制是 private
的。
注意我上面的用词,我依旧强调 struct 是一种数据结构的实现体,虽然它是可以像 class 一样的用。我依旧将 struct 里的变量叫数据,class 内的变量叫成员,虽然它们并无区别。
其实,到底是用 struct 还是 class,完全看个人的喜好,你可以将你程序里所有的 class 全部替换成 struct,它依旧可以很正常的运行。但我给出的最好建议,还是:当你觉得你要做的更像是一种数据结构的话,那么用 struct,如果你要做的更像是一种对象的话,那么用 class。
当然,我在这里还要强调一点的就是,对于访问控制,应该在程序里明确的指出,而不是依靠默认,这是一个良好的习惯,也让你的代码更具可读性。
说到这里,很多了解的人或许都认为这个话题可以结束了,因为他们知道 struct 和 class 的"唯一"区别就是访问控制。很多文献上也确实只提到这一个区别。
但我上面却没有用"唯一",而是说的"最本质",那是因为,它们确实还有另一个区别,虽然那个区别我们平时可能很少涉及。那就是:"class" 这个关键字还用于定义模板参数,就像 "typename"。但关键字 "struct" 不用于定义模板参数。这一点在 Stanley B.Lippman 写的 Inside the C++ Object Model 有过说明。
问题讨论到这里,基本上应该可以结束了。但有人曾说过,他还发现过其他的"区别",那么,让我们来看看,这到底是不是又一个区别。还是上面所说的,C++ 中的 struct 是对 C 中的 struct 的扩充,既然是扩充,那么它就要兼容过去 C 中 struct 应有的所有特性。例如你可以这样写:
也就是说 struct 可以在定义的时候用 {} 赋初值。那么问题来了,class 行不行呢?将上面的 struct 改成 class,试试看。报错!噢~于是那人跳出来说,他又找到了一个区别。我们仔细看看,这真的又是一个区别吗?
你试着向上面的 struct 中加入一个构造函数(或虚函数),你会发现什么?
对,struct 也不能用 {} 赋初值了。
的确,以 {} 的方式来赋初值,只是用一个初始化列表来对数据进行按顺序的初始化,如上面如果写成 A a={'p',7}; 则 c1,n2 被初始化,而 db3
没有。这样简单的 copy 操作,只能发生在简单的数据结构上,而不应该放在对象上。加入一个构造函数或是一个虚函数会使 struct 更体现出一种对象的特性,而使此{}操作不再有效。
事实上,是因为加入这样的函数,使得类的内部结构发生了变化。而加入一个普通的成员函数呢?你会发现{}依旧可用。其实你可以将普通的函数理解成对数据结构的一种算法,这并不打破它数据结构的特性。
那么,看到这里,我们发现即使是 struct 想用 {} 来赋初值,它也必须满足很多的约束条件,这些条件实际上就是让 struct 更体现出一种数据机构而不是类的特性。
那为什么我们在上面仅仅将 struct 改成 class,{} 就不能用了呢?
其实问题恰巧是我们之前所讲的——访问控制!你看看,我们忘记了什么?对,将 struct 改成 class 的时候,访问控制由 public 变为 private
了,那当然就不能用 {} 来赋初值了。加上一个 public,你会发现,class 也是能用 {} 的,和 struct 毫无区别!!!
做个总结,从上面的区别,我们可以看出,struct 更适合看成是一个数据结构的实现体,class 更适合看成是一个对象的实现体。