C++类的总结

类的两项基本能力：

(1) 数据抽象，即定义数据成员和函数成员的能力。
(2) 封装，即保护类的成员不被随意访问的能力。通过将类的实现细节设为private,我们就能完成类的封装。类可以将其他类或者函数设为友元，这样它们就能访问类的非公有成员了。

1. 如何设计一个类，如何定义类及类的成员

（1）类可以在它的第一个访问说明符之前定义成员，对这种成员的访问权限依赖于类定义的方式。如果使用struct关键字，则定义在第一个访问说明符之前的成员是public的；相反，如果使用class关键字，则这些成员是private的。

// 使用struct关键字定义类struct 类名 {// 访问说明符之前的行为或属性默认是public的public:    //公有的行为或属性  private:    //私有的行为或属性};// 使用class关键字定义类class 类名 {// 访问说明符之前的行为或属性默认是private的public:    //公有的行为或属性  private:    //私有的行为或属性};

Note: 类定义结束后的那个分号不能省略。

（2）尽管所有成员函数都必须在类的内部声明，但是成员函数体可以定义在类内也可以定义在类外。当我们在类的外部定义成员函数时，成员函数的定义必须与它的声明匹配。也就是说，返回类型、参数列表和函数名都得与类内部的声明保持一致。如果成员被声明成常量成员函数，那么它的定义也必须在参数列表后明确指定 const 属性。同时，类外部定义的成员名字必须包含它所属的类名。

class Sales_data {// 友元声明，后面会讲friend Sales_data add(const Sales_data&, const Sales_data&);friend std::ostream &print(std::ostream&, const Sales_data&);friend std::istream &read(std::istream&, Sales_data&);public:    // 构造函数，采用参数初始化表    Sales_data(): units_sold(0), revenue(0.0) {     }    Sales_data(const std::string &s):            bookNo(s), units_sold(0), revenue(0.0) {    }    Sales_data(const std::string &s, unsigned n, double p):           bookNo(s), units_sold(n), revenue(p*n) {    }    // 成员函数的声明    Sales_data(const std::string &book, const unsigned num,              const double sellp, const double salep);    Sales_data(std::istream &is);    // 类的内部定义成员函数    std::string isbn() const {        return bookNo;     }    Sales_data &combine(const Sales_data &rhs) {        units_sold += rhs.units_sold;   // 把rhs的成员加到this对象的成员上        revenue += rhs.revenue;                 return *this;                   //返回调用该函数的对象    }    double avg_price() const {        if (units_sold) {            return revenue/units_sold;        } else {            return 0;        }    }private:    std::string bookNo;         // 书籍编号，隐式初始化为空串    unsigned units_sold = 0;    // 销售量，显式初始化为0    double sellingprice = 0.0;  // 原始价格    double saleprice = 0.0;     // 实售价格    double discount = 0.0;      // 折扣    double revenue;             // 收入};// 类的外部定义成员函数,在类的内部已经做过声明Sales_data::Sales_data(std::istream &is) {    read(is, *this);    // read函数的作用是从is中读取一条交易信息然后                        // 存入this对象中}Sales_data::Sales_data(const std::string &book, const unsigned num, const double sellp, const double salep) {    bookNo = book;    units_sold = num;    sellingprice = sellp;    saleprice = salep;    if (sellingprice == 0) {        discount = saleprice / sellingprice;        // 计算实际折扣    }}Sales_data add(const Sales_data &lhs, const Sales_data &rhs) {    Sales_data sum = lhs;    sum.combine(rhs);    return sum;}std::istream &read(std::istream &is, Sales_data &item) {    is >> item.bookNo >> item.units_sold >> item.sellingprice >> item.saleprice;    return is;}std::ostream &print(std::ostream &os, const Sales_data &item) {    os << item.isbn() << " " << item.units_sold << " " << item.sellingprice     << " " << item.saleprice << " " << item.discount;    return os;}

（3）令成员作为内联函数: 在类中，常有一些规模较小的函数适用于被声明成内联函数，定义在类内部的成员函数是自动 inline 的。在类外定义内联函数时，可以在类的内部把 inline 作为声明的一部分显式地声明成员函数，在类的外部用 inline 关键字修饰函数的定义:

inlinebool compareIsbn(const Sales_data &lhs, const Sales_data &rhs) {    return lhs.isbn() < rhs.isbn();}

Note: 虽然在声明和定义的地方同时说明 inline 是合法的，但最好只在类外部定义的地方说明 inline，这样可以使类更容易理解。

内联函数作用: 内联函数在编译的时候将不进行函数调用，编译器将内联函数的代码粘贴在调用（形式上调用）处，可以提高效率。内联函数只能是代码很少很简单的函数，如果一个很大很复杂的函数即使被设为内联，编译器也将自动设置该函数为非内联。

（4）重载成员函数: 如果同一作用域的几个函数名字相同但形参列表不同，我们称之为重载（overloaded）函数。和非成员函数一样，成员函数也可以被重载，只要函数之间在参数的数量和/或类型上有所区别就行。

// 构造函数的重载Sales_data(){}Sales_data(std::istream &is){};Sales_data(const std::string &s){}Sales_data(const std::string &s, unsigned n, double p){}

Note: 不能通过函数的返回值类型不同来定义重载函数，只能通过形参列表的不同。

2. 类成员的访问权限

C++通过 public、protected、private 三个关键字来控制成员变量和成员函数的访问权限，它们分别表示公有的、受保护的、私有的，被称为成员访问限定符。所谓访问权限，就是你能不能操作该类中的成员。
在类的内部（定义类的代码内部），无论成员被声明为 public、protected 还是 private，都是可以互相访问的，没有访问权限的限制。
在类的外部（定义类的代码之外），只能通过对象访问成员，并且通过对象只能访问 public 属性的成员，不能访问 private、protected 属性的成员。

Note: C++ 中的 public、private、protected 只能修饰类的成员，不能修饰类，C++中的类没有公有私有之分。

3. 构造函数和析构函数

（1）构造函数: 在C++中，有一种特殊的成员函数，它的名字和类名相同，没有返回值，不需要用户显式调用（用户也不能调用），而是在创建对象时自动执行。这种特殊的成员函数就是构造函数（Constructor）。
（2）构造函数的重载: 和普通成员函数一样，构造函数是允许重载的。一个类可以有多个重载的构造函数，创建对象时根据传递的实参来判断调用哪一个构造函数。构造函数的调用是强制性的，一旦在类中定义了构造函数，那么创建对象时就一定要调用，不调用是错误的。如果有多个重载的构造函数，那么创建对象时提供的实参必须和其中的一个构造函数匹配；反过来说，创建对象时只有一个构造函数会被调用。
（3）析构函数: 析构函数（Destructor）是一种特殊的成员函数，没有返回值，不需要程序员显式调用（程序员也没法显式调用），而是在销毁对象时自动执行。构造函数的名字和类名相同，而析构函数的名字是在类名前面加一个~符号。

注意：析构函数没有参数，不能被重载，因此一个类只能有一个析构函数。如果用户没有定义，编译器会自动生成一个默认的析构函数。

// constructor.cpp#include <iostream>#include <string>using namespace std;class Sales_data {public:    // 构造函数    Sales_data(): units_sold(0), revenue(0.0) {        cout << "constructor1 executed" << endl;    }    // 构造函数的重载    Sales_data(const std::string &s):            bookNo(s), units_sold(0), revenue(0.0) {        cout << "constructor2 executed" << endl;    }    // 析构函数    ~Sales_data() {        cout << "destructor executed" << endl;    }private:    std::string bookNo;         unsigned units_sold;      double revenue;         };int main(int argc, char *argv[]){    Sales_data sale1;     Sales_data sale2("978-7-121-15535-2");    return 0;}

由运行结果知，创建对象时系统会自动调用构造函数进行初始化工作，程序即将结束时系统会自动调用析构函数进行清理工作。

4. 如何声明并使用友元

（1）类可以允许其他类或者函数访问它的非公有成员，方法是令其他类或者函数成为它的友元（friend）。如果类想把一个函数作为它的友元，只需要增加一条 friend 关键字开始的函数声明语句即可。

friend Sales_data add(const Sales_data&, const Sales_data&);

友元声明只能出现在类定义的内部，但是在类内出现的具体位置不限。友元不是类的成员也不受它所在区域访问控制级别的约束。

（2）类还可以把其他的类定义成友元，也可以把其他类（之前定义过的）的成员函数定义成友元。此外，友元函数能定义在类的内部，这样的函数是隐式内联的。

class Screen {// Window_mgr的成员可以访问Screen类的私有部分friend class Window_mg;private:    unsigned height = 0, width = 0;    unsigned cursor = 0;    string contents;public:    Screen() = default;         // 默认构造函数    Screen(unsigned ht, unsigned wd, char c) : height(ht), width(wd),        contents(ht * wd, c) {  }};class Window_mgr {public:    // 窗口中每个屏幕的编号    using ScreenIndex = std::vector<Screen>::size_type;    // 按照编号将指定的Screen重置为空白    void clear(ScreenIndex);private:    std::vector<Screen> screens{Screen(24, 80, ' ')};};void Window_mgr::clear(ScreenIndex i) {    // s是一个Screen的引用，指向我们想清空的那个屏幕    Screen &s = screens[i];    // 将那个选定的Screen重置为空白    s.contents = string(s.height * s.width, ' ');} 

如果一个类指定了友元类，则友元类的成员函数可以访问此类包括非公有成员在内的所有成员。首先把s定义成screens vector中第i个位置上的Screen的引用，随后利用Screen的height和width成员计算出一个新的string对象，并令其含有若干个空白字符，最后我们把这个含有很多空白的字符串赋给contents成员。如果clear不是Screen的友元，上面的代码将无法通过编译，因为此时clear将不能访问Screen的height、width和contents成员。而当Screen将Window_mgr指定为其友元之后，Screen的所有成员对于Window_mgr就都变成可见的了。

Note: 友元关系不具有传递性，也就是说，如果Window_mgr有它自己的友元，则这些友元并不能理所当然地具有访问Screen的特权，每个类负责控制自己的友元类或友元函数。

使用友元的利弊:当非成员函数确实需要访问类的私有成员时，我们可以把它声明成该类的友元。此时，友元可以“工作在类的内部”，像类的成员一样访问类的所有数据和函数。但是一旦使用不慎（比如随意设定友元），就有可能破坏类的封装性。

5. 类的静态成员和静态函数

有时候类需要它的一些成员与类本身直接相关，而不是与类的各个对象保持关联。例如，一个银行账户类可能需要一个数据成员来表示当前的基准利率。在此例中，我们希望利率与类关联，而非与类的每个对象关联。从实现效率的角度来看，没必要每个对象都存储利率信息。而且更加重要的是，一旦利率浮动，我们希望所有的对象都能使用新值。

声明静态成员
我们通过在成员的声明之前加上关键字 static 使得其与类关联在一起。和其他成员一样静态成员可以是 public 的或 private 的。静态数据成员的类型可以是常量、引用、指针、类类型等。

class Account {public:    void calculate() {        amount += amount * interestRate;    }    static double rate() {        return interestRate;    }    static void rate(double);private:    std::string owner;    double amount;    static double interestRate;    static double initRate();};

static 成员变量属于类，不属于某个具体的对象，即使创建多个对象，也只为静态成员变量分配一份内存，所有对象使用的都是这份内存中的数据。当某个对象修改了静态成员变量，也会影响到其他对象。

static 成员变量既可以通过对象来访问，也可以通过类来访问。

//通过类类访问 static 成员变量Account::interestRate = 2.735;//通过对象来访问 static 成员变量Account account("hp", 10000);account.interestRate = 2.735;//通过对象指针来访问 static 成员变量Account *pa = new Account("hp", 10000);pa -> interestRate = 2.735;

因为静态数据成员不属于类的任何一个对象，所以它们并不是在创建类的对象时被定义的。这意味着它们并不是由类的构造函数初始化的。而且一般来说，我们不能在类的内部初始化静态成员。相反地，必须在类的外部定义和初始化每个静态成员。一个静态数据成员只能定义一次，并且它将一直存在于程序的整个生命周期中。

我们定义静态数据成员的方式和在类的外部定义成员函数差不多。我们需要指定对象的类型名，然后是类名、作用域运算符以及成员自己的名字:

// 定义并初始化一个静态成员double Account::interestRate = initRate();

这条语句定义了名为 interestRate 的对象，该对象是类 Account 的静态成员，其类型是 double。从类名开始，这条定义语句的剩余部分就都位于类的作用域之内了。因此，我们可以直接使用 initRate 函数。注意，虽然 initRate 是私有的，我们也能用它初始化 interestRate。和其他成员的定义一样，interestRate 的定义也可以访问类的私有成员。

Note: static 成员变量的内存既不是在声明类时分配，也不是在创建对象时分配，而是在（类外）初始化时分配。反过来说，没有在类外初始化的 static 成员变量不能使用。static 成员变量不占用对象的内存，而是在所有对象之外开辟内存，即使不创建对象也可以访问。具体来说，static 成员变量和普通的 static 变量类似，都在内存分区中的全局数据区分配内存。

使用 static 成员变量而不是全局变量的优点:
(1) static 成员的名字是在类的作用域中，因此可以避免与其他类的成员或全局对象名字冲突。
(2) 可以实施封装。static 成员可以是私有成员，而全局对象不可以。
(3) 通过阅读程序容易看出 static 成员是与特定类关联的，这种可见性可清晰地显示程序员的意图。

定义静态成员函数
在类的内部声明函数时需要添加 static 关键字，但是在类外部定义函数时就不需要了。
static 成员函数是类的组成部分但不是任何对象的组成部分，它有以下几个特点：
(1) static 函数没有 this 指针。
(2) static 成员函数不能被声明为 const （将成员函数声明为 const 就是承诺不会修改该函数所属的对象）。
(3) static 成员函数也不能被声明为虚函数。

和其他的成员函数一样，我们既可以在类的内部也可以在类的外部定义静态成员函数。当在类的外部定义静态成员时，不能重复 static 关键字，该关键字只出现在类内部的声明语句:

void Account::rate(double newRate) {    interestRate = newRate;}

静态成员函数与普通成员函数的根本区别:
（1）普通成员函数有 this 指针，可以访问类中的任意成员。
（2）而静态成员函数没有 this 指针，只能访问静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）。
Note: 在C++中，静态成员函数的主要目的是访问静态成员，静态成员函数可以通过类来调用（一般都是这样做），也可以通过对象来调用。