C++学习第9篇---类和类的封装

1. C++面向对象编程介绍

面向对象编程(Object Oriented Programming)，简称OOP。

在传统的面向过程编程中，数据以及数据的相关操作函数都是分离的独立个体；

对象，如周围的一切其实都是对象；就编程角度，对象包括A)一系列属性（数据）；B)一系列操作（函数）。

OOP提供了设计对象的功能，对象包括特性和行为，两者都囊括在一起，共同构成对象实体（即类实体）；

对象实体，使程序更模块化，更易读易写，提升了代码重用到一个更高的层次；

对象提供了对数据操作的直接方法，定义了如何与对象进行交互，以及对象之间的交互；

更重要的是，OOP提供了更实用的概念：封装、继承、多态和抽象。

这篇主要讲述封装，即对象将数据及其操作函数封装到一个类实体中。

2. 类和类成员

C++提供了如char、int、long、float、double等基本数据类型，足够用来解决大多数哦相对简单的问题，但对于复杂的问题就比较困难了。

C++的一个实用特性是自定义数据类型；如之前的枚举和结构体：

枚举和结构体代表了传统的面向过程编程，它们只包含数据，如果需要访问此类型变量，必须提供自定义函数，并以该类型变量为参数：

在OOP世界中，我们希望自己的类型不仅包括数据，也包括操作数据的函数；C++中，通过class关键字来声明一个类。

2）类类似结构体，但它更多功能和更灵活：

类似结构体，类的声明没有分配内存，只是说明了类的结构；类的声明以分号结尾；

为了使用类，可以声明一个该类型的变量：

声明一个类的变量，也叫实例化一个类；该变量称作为类的一个实例，或者对象。

3）成员函数：

类不仅仅包含数据（成员变量），亦可以包含函数，称作成员函数：

成员函数可以类似访问成员变量，使用'.'来使用：

通常，类的成员变量，加一个前缀'm_'来区分：

3. 公有和私有

1）访问标识符：公有-public关键字，私有-private关键字

在上面的DateStruct的结构体，它的成员可以在main函数中访问，因为结构体的所有成员默认是公有的，即public;

公有成员在结构体和类中，程序的任何函数都可以访问；

但如果Date的成员没有public标识符，则会出现错误：

这个说明，类成员的默认是私有的，即private的；

私有的成员只能在类的定义之内的函数可以访问；

可以通过public关键字使成员变为公有的，即可访问了：

类和结构体的本质区别之一是类的成员可以使用标识符来控制它们的可访问性；

C++提供了3种不同的访问标识符：public、private、protect，分别是公有的、私有的和保护的：

4. 访问函数和封装

1）访问函数，也叫做读写函数；是读取和写入私有成员变量的值。

例如：

GetLength函数就是个访问函数。

访问函数有2种，即getter和setter:

将数据成员私有化，提供Getter和Setter来访问，即所谓的"封装" ；

2）封装

封装的思想就是将实现的细节隐藏，而暴露公有接口；

C++中的访问标识符，可以实现在类中的封装；通常是将所有的成员变量私有化；

尽管看起来访问成员变量的不直接，但使程序更有可重用性和可维护性；

A)封装实现，无论类的实现如何改变，只要对外的接口不发生变化即可。

如图上例，如果m_Value被重命名了，那么main函数中访问就会出错；

如果提供了m_Value的访问函数：

B)隐藏了类的实现，类的使用者只需知道公共的接口，就可以使用该类；

C)封装帮助防止意外的改变和误用；

D)对程序调试有很大的帮助，因为改变类的成员变量只用通过公共接口。

5. 构造函数Ⅰ

1)构造函数：是类的一种特殊的成员函数，当类被实例化时执行；通常用以初始化成员变量。

构造函数有明确的命名规则：A)函数名必须和类名一样；B)无返回类型（包括void)。

无参构造函数-不带参数的构造函数，是类的默认构造函数：

通常，类都包含一个默认的构造函数，可以初始化成员变量。

含参构造函数-含有参数的构造函数，可以对成员变量赋予指定的值；

以上的两个构造函数，类似重载函数；构造函数必须有唯一的前面（参数个数和参数类型）。

类亦可以只提供含参构造函数，没有默认构造函数：

6. 析构函数

析构函数是类的另一种特殊的函数，当类的对象销毁时调用；它和构造函数是成对出现的。

普通的简单类，一般不需要析构函数；因为C++会自动回收垃圾；

如果类中执行了某些动态内存分配，则需要显式定义析构函数，并释放回收垃圾；

析构函数的明确命名规则：A)函数名和类名一样，并前缀'~'；B)不能带参数（即意味着只有一个析构函数）；C)没有返回类型。

注意动态分配，必须提供析构函数，来回收分配的空间。

2）构造函数和析构函数的时序：

如上图所示，输出的依次是：simple的构造函数，pSimple的构造函数，最后是pSimple的析构函数。

构造函数和析构函数的时序是：Constructor First, Destructor Last。

7. 隐藏的'this'指针

如之前的例子中的this，是每个类的成员函数中隐藏的指针，它指向了类成员函数打交道的类的对象。

实用性：

1）当构造函数或成员函数中的参数名和成员变量名相同时，可以使用this来访问本类的成员变量；

2）可以使用this返回类的对象引用：

8. 构造函数Ⅱ

1)私有构造函数-如果不想类以外使用指定的构造函数，我们可以将它私有化。

类只能被实例化一次，称作为单一性；通常使用私有/保护构造函数进行的。

2）构造函数链和初始化

有时，一个构造函数所做的工作和另外的构造函数一样，只是增加了一些；

这样这个构造函数可以调用另外的构造函数，称作为构造函数链。如C#就支持这种格式，但C++不支持。

但构造函数可以调用类中的非构造函数，只是要注意这些非构造函数调用的成员，必须已经初始化。

通常的做法就是，定义一个公共的非构造函数，构造函数都调用它来初始化共同的；例如：

9. 类代码和头文件

1)在类的定义之外定义成员函数。

如之前的类定义，都是在类的定义中定义成员函数：

当类的定义越来越长和越来越复杂时，就显得臃肿，难以维护和操作；

幸运的是，C++提供了一种分离类的定义及其应用定义的方法，将类的成员函数在类的外面定义；格式是：类名::函数名

2)将类的定义放在头文件中：

头文件的使用可达到重用的效果；所以将类的定义放在头文件中，而成员函数放在.cpp中定义；而cpp的名字需和类的名字相同。

Date.h:

Date.cpp:

推荐分离类的定义中的成员函数到类外定义。

10. 常量类对象和成员函数

函数的参数可以为常量对象，如内置的基本数据类型一样，类对象也可以声明为常量，所有常量对象的变量必须在创建时初始化，其后不能修改。

上图3个错误，因为程序试图修改常量类对象的变量；

因为常量类对象不能调用非常量成员函数；

常量成员函数-保证不修改任何类变量或调用任何非常量函数。

为了使GetValue常量化，可以在其原型加个const关键字：

注意：

A) 常量成员函数在类外定义时，也必须加const关键字；

B) 任何常量成员函数试图修改类成员变量，或者调用非常量成员函数都是非法的，会产生编译错误。

C)构造函数不能常量化；

重载函数使用const和非const，是当返回类型不一样的时候。

11. 静态成员变量

在之前的程序中，静态表示变量的值在运行期间保持最新的值；

1）静态成员变量

在实例化两个对象，其包含的相同的成员变量；

静态成员变量是属于类的本身，是所有对象的共享变量；它的值是保持修改的最新值；

使用格式：类名::静态成员。

2）静态成员变量的初始化

初始化必须在类的代码文件中进行。

12. 静态成员函数

如静态成员变量一样，静态成员函数是属于类的本身，不属于任何类的对象；

如静态成员变量访问一样，可以通过：类名::静态成员来访问类的静态成员变量。

注意：静态成员函数，没有this指针；

例如：

13. 友元类和友元函数

多数时候，类和函数需要运行很紧密；但需使用显示函数来打印相关信息，这并不显得很隐藏类的细节；

这时，友元类很友元函数就很好的访问私有细节；

1）友元函数

友元函数访问类的私有成员，就如其是类的一个成员函数。

一个友元函数可以是，也可以不是其他类的成员函数；使用关键字friend。

例如：

一个友元函数可以是多个类的友元函数；

2)友元类

友元类是，声明在其他类中，可以访问其他类的私有变量；

在使用友元函数和友元类时，请务必谨慎。

14. 匿名变量和对象

所谓匿名，就是可以不通过命名变量来访问，减少临时变量。