C++ Primer学习笔记——$12 类 _c++primer中类的组合知识点-程序员宅基地

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题记：本系列学习笔记（C++ Primer学习笔记）主要目的是讨论一些容易被大家忽略或者容易形成错误认识的内容。只适合于有了一定的C++基础的读者（至少学完一本C++教程）。

作者： tyc611, 2007-01-28

本文主要讨论C++的数据抽象——类。

如果文中有错误或遗漏之处，敬请指出，谢谢！

数据抽象和封装

数据抽象：数据抽象是一种依赖于接口和实现分离的编程和设计技术。类设计者必须关心类是如何实现的，而使用该类的程序员则不必了解这些细节，他们只需要了解类的接口就可以使用该类。

封装：封装是一种将低层次的元素组合起来形成新的、高层次实体的技术。函数是封装的一种形式：函数所执行的细节行为被封装在函数体内。被封装的元素隐藏了它们的实现细节——可以调用一个函数但不能访问它所执行的语句。当引入类的概念后，封装被更好的理解，很多类内部的细节被隐藏，从外面所能看到的只是一些类提供的接口。

数据抽象和封装的好处：

1）避免类内部出现无意的、可能破坏对象状态的用户级错误；

2）随时间推移可以根据用户需要改变或者出现的bug来完善类实现，而无需改变用户级代码。

类定义

在一个给定的源文件中，一个类只能被定义一次。如果在多个文件中定义了一个类，那么每个文件中的定义必须是完全相同的。这些可以通过使用头文件和头文件保护符（header guard）来实现。

不完全类型(incomplete type)只能以有限方式使用。不能定义该类型的对象，只能用于定义指向该类型的指针及引用，或者用于声明（而不是定义）使用该类型作为形参类型或返回类型的函数。例如，在类定义之前和前向声明之后，此时类的类型就是一个不完全类型。前向声明主要用于编写相互依赖的类。

因为只有当类定义完成后才能定义类，因此类不能具有自身类型的非static数据成员（static成员可以，见后面内容）。然而，只要类名一出现就可以认为该类已经声明。因此，类的数据成员可以是指向类自身的指针或引用。

为什么类的定义以分号结束？因为在类定义之后可以接一个对象定义列表，这与C中struct类型的使用方式一致。当然，在定义类类型时，同时定义类对象并不是一个好的主意。

类成员包括数据、函数和类型别名。注意：类中的类型别名也遵循任何其他成员的标准访问控制。

在类内部定义的函数默认都是inline函数。

this指针

除了静态成员函数，其他所有成员函数都有一个附加的隐含形参，即指向该类对象的一个指针，这就是this指针。从而把成员函数绑定到调用的对象，编译器会将类成员的引用处理成通过this指针的引用。

何时使用this指针？当需要返回对象的引用时，需要返回*this。

在普通的非const成员函数中，this的类型是一个指向类类型的const指针。可以改变this所指向的值，但不能改变this所保存的地址。在const成员函数中，this的类型是一个指向const类类型对象的const指针。

const成员函数

const成员函数不能改变对象的数据成员。const必须同时出现于声明和定义处；否则将发生编译错误，出现声明和定义不一致的错误。

可以基于成员函数是否为const重载成员函数。const对象只能使用const成员函数；非const对象可以使用任一成员函数，但非const版本是一个更好的匹配。

构造函数和static成员函数不能被声明为const。

mutable和可变数据成员

有时，希望类的某些数据成员在任何时候都可以修改，甚至在const成员函数内。这时可以将它们声明为mutable来实现，这种数据成员叫可变数据成员。

要将数据成员声明为可变的，必须将关键字mutable放在成员声明之前。

类对象

类对象有两种定义方式：

1）将类的名字直接用作类型名；

2）指定关键字class或struct，后面跟着类的名字。

两种方式是等价的，第二种方式是从C继承而来，第一种方式更加简练。

类作用域

类成员函数的形参表和函数体处于类作用域；如果函数在类定义体之外定义，则用于返回类型的名字在类作用域之外。

类成员声明的名字查找

按以下方式确定在类成员的声明中用到的名字：

1）检查出现在名字使用之前的类成员声明；

2）如果第1步查找不成功，则检查包含类定义的作用域中出现的声明以及出现在类定义之前的声明。

例如：

typedef double Money;
class Account {
public:
Money Ask() { return bal; }
private:
Money bal;
};

在处理Ask函数的声明时，编译器首先在类Account的作用域查找Money的声明。编译器只考虑出现在Money使用之前的声明。因为找不到任何成员声明，编译器随后在全局作用域中查找Money的声明。只考虑出现在类Account的定义之前的声明。找到全局的类型别名Money的声明，并将它用作函数Ask的返回类型和数据成员bal的类型。

注意：必须在类中先定义类型名字，才能将它们用作数据成员的类型，或者成员函数的返回类型或形参类型；否则，将发生编译错误。所以，一般都把类内部定义的类型和类型别名放在类定义的开头部分。

编译器是按照成员声明在类中出现的次序来处理它们。通常，名字必须在使用之前进行定义。而且，一旦一个名字被用作类型名，该名字就不能被重复定义。例如：

typedef double Money;
class Account {
public:
    // uses global definition of Money
    Money Ask() { return bal; }
private:
    // error: cannot change meaning of Money
    typedef long double Money;
    Money bal;
};

构造函数的初始化列表

构造函数初始化列表只在构造函数的定义中而不是声明中指定。

构造函数分两个阶段执行：（1）初始化阶段；（2）普通的计算阶段。初始化列表中的数据成员和没有出现于初始化列表中的数据成员都会在初始化化阶段进行构造并初始化。之后，由函数体中的语句执行计算阶段。

对于类中的内置或复合类型的成员的初始值与普通变量的初始化规则一样：在局部作用域中这些成员不被初始化，而在全局作用域中它们被初始化为0。

在什么情况下必须使用初始化列表？（1）const成员和引用类型成员必须使用初始化列表进行初始化；（2）没有默认构造函数的类类型的数据成员必须在初始化列表中进行初始化。

建议：对于类类型的数据成员，如果需要在构造函数中初始化，建议直接在初始化列表中进行，这样可以获得更好的效率。若在计算阶段进行，则是先默认构造，再赋值，效率相对低一些。而对于非类类型的数据成员进行赋值或者使用初始化列表在结果和性能上都是等价的。

数据成员初始化的次序

类中数据成员的初始化次序是与这些成员的声明顺序一致的。所以，为了避免出错，在初始化列表中按照变量的声明顺序初始化数据成员是个很好的建议。此外，尽可能避免使用成员来初始化其他成员，比如，能用形参初始化成员就用形参。

使用默认构造函数

在使用默认构造函数时，请不要画蛇添足地加上 ()，否则它将被看成一个函数声明，而非类对象定义。例如：

DemoClass demo; // ok: declares an object

DemoClass demo(); // oops! declares a function, not an object

隐式类类型转换

只有一个参数的构造函数定义了从形参类型到该类类型的一个隐式转换。如果需要抑制这种转换，可以用explicit显示声明相应构造函数。注意：explicit关键字只能用于类内部的构造函数声明上，在类外的函数定义时不需要也不允许。因为编译器只需要看到接口的声明就可以了。

通常，除非有明显的理由想要定义隐式转换，否则，单形参构造函数应该为explicit。将构造函数设置为explicit可以避免错误。并且当需要转换时，可以显示地构造对象。

类成员的显示初始化

对于没有定义构造函数并且其全体数据成员全部均为public的类，可以采用C风格的初始化方式。例如：

class Demo {

public:

int i;

char ch;

};

Demo var = {1, 'a'};

当然，这只是为了与C兼容罢了，实践中不应该使用。

友元

友元机制允许一个类将对其非公有成员的访问权授予给指定的函数（普通的非成员函数或者类成员函数）或类。友元不是授予友元关系的那个类的成员，所以它们不受其声明出现部分的访问控制影响，所以可以出现在类中任意位置。当然，为了规范，应当在类定义的开头或者结尾部分集中放置友元声明。

友元函数还可以在类的内部定义，该函数的作用域将扩展到包围该类定义的作用域。

static类成员

static数据成员独立于该类的任意对象而存在；每个static数据成员是与类关联的对象，并不与该类的对象相关联。它必须在类定义体的外部定义（正好一次），并且在定义时一般进行初始化。通常将static数据成员放在源文件中定义。注意：static关键字只能用于类定义体内声明时使用，在定义时不能标示为static。

一个特例：一般情况下，类的static数据成员，像普通数据成员一样，不能在类的定义体中初始化。相反，static数据成员通常在定义时就初始化。但这个规则的一个例外是，只要初始化式是一个常量表达式，整型const static 数据成员就可以在类的定义体中进行初始化。同时，仍然需要在类外进行定义，此时不能再进行初始化。例如：

class Demo {

private:

static const int max = 10;

};

const int Demo::max;

另外，static数据成员的类型可以是该成员所属的类类型，而非static成员函数限定声明为其自身类对象的指针或引用。例如：

class Demo {

private:

static Demo d1; // ok

Demo *p2; // ok

Demo d3; // error

};

由于static数据成员独立于类对象，所以它可以作为默认实参。例如：

class Demo {

public:

Demo (int = bkcolor);

private:

static const int bkcolor = 128;

};

static成员函数没有this指针，它可以直接访问类的static成员，但不能直接访问非static成员。因为static成员不是类对象的组成部分，所以static成员函数不能被声明为const，也不能被声明为虚函数。

如果文中有错误或遗漏之处，敬请指出，谢谢！

参考文献：

[1] C++ Primer(Edition 4)
[2] Thinking in C++(Volume Two, Edition 2)
[3] International Standard：ISO/IEC 14882:1998

本文链接：https://blog.csdn.net/whycold/article/details/6152582

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