1.类与对象
1.1 面向对象程序的基本特点
程序中的对象是现实中对象的模拟，具有属性和功能/行为；
抽象出同一类对象的共同属性和行为，形成类，对象是类的实例；
类将数据和处理数据的函数封装在一起，隐藏内部细节，提供对外访问接口；
定义对象时，可以通过构造函数进行初始化；
删除对象时，可以通过析构函数释放资源；
一个类的对象可以由其他类的对象组合而成，即类的成员可以是其他类的对象；
抽象
对同一类对象的共同属性和行为进行概括，形成类。
先注意问题的本质及描述，其次是实现过程或细节。
数据抽象：描述某类对象的属性或状态（对象相互区别的物理量）。
代码抽象：描述某类对象的共有的行为特征或具有的功能。
抽象的实现：类。
抽象实例——钟表
数据抽象：
int hour,int minute,int second
代码抽象：setTime(),showTime()
class Clock {
public:
void setTime(int newH, int newM, int newS);
void showTime();
private:
int hour, minute, second;
};封装
将抽象出的数据、代码封装在一起，形成类。
目的：增强安全性和简化编程，使用者不必了解具体的实现细节，而只需要通过外部接口，以特定的访问权限，来使用类的成员。
实现封装：类声明中的{}
例：
class Clock {
public: void setTime(int newH, int newM, int newS);//公有成员是类的外部接口
void showTime();//公有成员是类的外部接口
private: int hour, minute, second;//public和private是特定的访问权限
};
继承：在已有类的基础上，进行扩展形成新的类。
多态：同一名称，不同的功能实现方式。
目的：达到行为标识统一，减少程序中标识符的个数。
实现：重载函数和虚函数
1.2 类和对象
类和对象的定义
对象是现实中的对象在程序中的模拟。
类是同一类对象的抽象，对象是类的某一特定实体。
定义类的对象，才可以通过对象使用类中定义的功能。
设计类就是设计类型
此类型的“合法值”是什么？
此类型应该有什么样的函数和操作符？
新类型的对象该如何被创建和销毁？
如何进行对象的初始化和赋值？
对象作为函数的参数如何以值传递？
谁将使用此类型的对象成员？
类定义的语法形式
class 类名称
{
public:
公有成员（外部接口）
private:
私有成员
protected:
保护型成员
};类内初始值
（注意：类内初始化是c++11的新特性，vs2012不支持该设定，请注意编译器版本）
可以为数据成员提供一个类内初始值
在创建对象时，类内初始值用于初始化数据成员
没有初始值的成员将被默认初始化
类内初始值举例
class Clock {
public:
void setTime(int newH, int newM, int newS);
void showTime();
private:
int hour = 0, minute = 0, second = 0;
}；类成员的访问控制
公有类型成员
在关键字public后面声明，它们是类与外部的接口，任何外部函数都可以访问公有类型数据和函数。
私有类型成员
在关键字private后面声明，只允许本类中的函数访问，而类外部的任何函数都不能访问。
如果紧跟在类名称的后面声明私有成员，则关键字private可以省略。
保护类型成员
与private类似，其差别表现在继承与派生时对派生类的影响不同。
对象定义的语法
类名 对象名；
例：Clock myClock;
类成员的访问权限
类中成员互相访问
直接使用成员名访问
类外访问
使用“对象名.成员名”方式访问public 属性的成员
类的成员函数
在类中说明函数原型；
可以在类外给出函数体实现，并在函数名前使用类名加以限定；
也可以直接在类中给出函数体，形成内联成员函数；
允许声明重载函数和带默认参数值的函数。
内联成员函数
为了提高运行时的效率，对于较简单的函数可以声明为内联形式。
内联函数体中不要有复杂结构（如循环语句和switch语句）。
在类中声明内联成员函数的方式：
将函数体放在类的声明中。
使用inline关键字。
钟表类举例
类的定义
#include<iostream>
using namespace std;
class Clock{
public:
void setTime(int newH = 0, int newM = 0, int newS = 0);
void showTime();
private:
int hour, minute, second;
};
成员函数的实现
void Clock::setTime(int newH, int newM, int newS) {
hour = newH;
minute = newM;
second = newS;
}
void Clock::showTime() {
cout << hour << ":" << minute << ":" << second;
}
对象的使用
int main() {
Clock myClock;
myClock.setTime(8, 30, 30);
myClock.showTime();
return 0;
}1.3 构造函数
构造函数的作用
在对象被创建时使用特定的值构造对象，将对象初始化为一个特定的初始状态。
例如：希望在构造一个Clock类对象时，将初始时间设为0:0:0，就可以通过构造函数来设置。
构造函数的形式
函数名与类名相同；不能定义返回值类型，也不能有return语句；可以有形式参数，也可以没有形式参数；可以是内联函数；可以重载；可以带默认参数值。
构造函数的调用时机
在对象创建时被自动调用
例如：
Clock myClock（0,0,0）;
默认构造函数
调用时可以不需要实参的构造函数
参数表为空的构造函数
全部参数都有默认值的构造函数
下面两个都是默认构造函数，如在类中同时出现，将产生编译错误：
Clock();
Clock(int newH=0,int newM=0,int newS=0);
隐含生成的构造函数
类成员对象构造函数调用顺序与他们在类中声明的顺序相同
如果程序中未定义构造函数，编译器将在需要时自动生成一个默认构造函数
参数列表为空，不为数据成员设置初始值；
如果类内定义了成员的初始值，则使用类内定义的初始值；
如果没有定义类内的初始值，则以默认方式初始化；基本类型的数据默认初始化的值是不确定的。
“=default”
如果程序中已定义构造函数，默认情况下编译器就不再隐含生成默认构造函数。如果此时依然希望编译器隐含生成默认构造函数，可以使用“=default”。
例如
class Clock {
public:
Clock() =default; //指示编译器提供默认构造函数
Clock(int newH, int newM, int newS); //构造函数
private:
int hour, minute, second;
};例（简单的构造函数直接在大括号前初始化就可以，如hour(newH)）：
//类定义
class Clock {
public:
Clock(int newH,int newM,int newS);//构造函数
void setTime(int newH, int newM, int newS);
void showTime();
private:
int hour, minute, second;
};
//构造函数的实现：
Clock::Clock(int newH,int newM,int newS): hour(newH),minute(newM), second(newS) {
}
int main() {
Clock c(0,0,0); //自动调用构造函数
c.showTime();
return 0;
}例：设置一个默认构造函数
class Clock {
public:
Clock(int newH, int newM, int newS); //构造函数
Clock(); //默认构造函数
void setTime(int newH, int newM, int newS);
void showTime();
private:
int hour, minute, second;
};
Clock::Clock(): hour(0),minute(0),second(0) { };//默认构造函数
//其它函数实现同前
int main() {
Clock c1(0, 0, 0); //调用有参数的构造函数
Clock c2; //调用无参数的构造函数
……
}委托构造函数
类中往往有多个构造函数，只是参数表和初始化列表不同，其初始化算法都是相同的，这时，为了避免代码重复，可以使用委托构造函数。
Clock类的两个构造函数：
Clock(int newH, int newM, int newS) : hour(newH),minute(newM), second(newS) { //构造函数
}
Clock::Clock(): hour(0),minute(0),second(0) { }//默认构造函数
委托构造函数使用类的其他构造函数执行初始化过程
例如：
Clock(int newH, int newM, int newS): hour(newH),minute(newM), second(newS){
}
Clock(): Clock(0, 0, 0) { }//委托构造函数复制构造函数
定义：复制构造函数是一种特殊的构造函数，其形参为本类的对象引用。作用是用一个已存在的对象去初始化同类型的新对象。
class 类名 {
public :
类名（形参）；//构造函数
类名（const 类名 &对象名）；//复制构造函数，const说明是常引用，只读
// ...
}；
类名::类（ const 类名 &对象名）//复制构造函数的实现
{ 函数体 }隐含的复制构造函数
如果程序员没有为类声明拷贝初始化构造函数，则编译器自己生成一个隐含的复制构造函数。
这个构造函数执行的功能是：用作为初始值的对象的每个数据成员的值，初始化将要建立的对象的对应数据成员。
“=delete”
如果不希望对象被复制构造
C++98做法：将复制构造函数声明为private，并且不提供函数的实现。
C++11做法：用“=delete”指示编译器不生成默认复制构造函数。
例：
class Point { //Point 类的定义
public:
Point(int xx=0, int yy=0) { x = xx; y = yy; } //构造函数，内联
Point(const Point& p) =delete; //指示编译器不生成默认复制构造函数
private:
int x, y; //私有数据
};复制构造函数被调用的三种情况
1.定义一个对象时，以本类另一个对象作为初始值，发生复制构造；
2.如果函数的形参是类的对象，调用函数时，将使用实参对象初始化形参对象，发生复制构造；
3.如果函数的返回值是类的对象，函数执行完成返回主调函数时，将使用return语句中的对象初始化一个临时无名对象，传递给主调函数，此时发生复制构造。这种情况也可以通过移动构造避免不必要的复制（第6章介绍）
例：
class Point {
public:
Point(int xx = 0, int yy = 0) { x = xx; y = yy; } //构造函数，内联
Point(const Point& p); //指示编译器不生成默认复制构造函数
int get();
private:
int x, y; //私有数据
};
//形参为point类对象的函数
void fun1(Point p)
{
cout << p.get() << endl;
}
//返回值为point类对象的函数
Point fun2()
{
Point a;
return a;
}
int Point::get()
{
return x;
}
Point::Point(const Point& p)
{
x = p.x;
y = p.y;
cout << "Calling the copy constructor" << endl;
}
int main
{
Point a;//第一个对象
Point b(a);//情况一，用A初始化B，第一次调用拷贝构造函数，也可以写成b=a;
cout << b.get() << endl;
fun1(b);//情况二，对象B作为函数fun1的实参，第二次调用拷贝构造函数
b = fun2();//情况三，函数的返回值是类对象，函数返回时，调用拷贝构造函数,这里b是赋值语句因此不会再次调用拷贝构造函数
cout << b.get()<< endl;
return 0;
}1.4 析构函数
完成对象被删除前的一些清理工作。
在对象的生存期结束的时刻系统自动调用它，然后再释放此对象所属的空间。
如果程序中未声明析构函数，编译器将自动产生一个默认的析构函数，其函数体为空。
构造函数和析构函数举例
#include
using namespace std;
class Point {
public:
Point(int xx,int yy);
~Point();
//...其他函数原型
private:
int x, y;
};
Point::~Point()
{
}1.5 类的组合
组合的概念
类中的成员是另一个类的对象
可以在已有抽象的基础上实现更复杂的抽象。
类组合的构造函数设计
原则：不仅要负责对本类中的基本类型成员数据初始化，也要对对象成员初始化。
声明形式：
类名::类名(对象成员所需的形参，本类成员形参)
:对象1(参数)，对象2(参数)，......
{
//函数体其他语句
}构造组合类对象时的初始化次序
首先对构造函数初始化列表中列出的成员（包括基本类型成员和对象成员）进行初始化，初始化次序是成员在类体中定义的次序。
成员对象构造函数调用顺序：按对象成员的声明顺序，先声明者先构造。
初始化列表中未出现的成员对象，调用默认构造函数（即无形参的）初始化
处理完初始化列表之后，再执行构造函数的函数体。
例：线段类，由点类组合
#include <iostream>
#include <cmath>
using namespace std;
class Point { //Point类定义
public:
Point(int xx = 0, int yy = 0) {
x = xx;
y = yy;
}//构造函数内联
Point(Point &p);//拷贝构造函数
int getX() { return x; }
int getY() { return y; }
private:
int x, y;//私有成员
};
Point::Point(Point &p) { //复制构造函数的实现
x = p.x;
y = p.y;
cout << "Calling the copy constructor of Point" << endl;
}
//类的组合
class Line { //Line类的定义
public: //外部接口
Line(Point xp1, Point xp2);//构造函数，有两个对象成员
Line(Line &l);//拷贝构造函数
double getLen() { return len; }
private: //私有数据成员
Point p1, p2; //Point类的对象p1,p2
double len;
};
//组合类的构造函数
Line::Line(Point xp1, Point xp2) : p1(xp1), p2(xp2) {
cout << "Calling constructor of Line" << endl;
double x = static_cast<double>(p1.getX() - p2.getX());
double y = static_cast<double>(p1.getY() - p2.getY());
len = sqrt(x * x + y * y);
}
Line::Line (Line &l): p1(l.p1), p2(l.p2) {//组合类的复制构造函数
cout << "Calling the copy constructor of Line" << endl;
len = l.len;
}
//主函数
int main() {
Point myp1(1, 1), myp2(4, 5); //建立Point类的对象
Line line(myp1, myp2); //建立Line类的对象，调用点拷贝构造函数，先2后1，最后调用线的析构函数
Line line2(line); //利用复制构造函数建立一个新对象，先点拷贝构造，然后线拷贝构造
cout << "The length of the line is: ";
cout << line.getLen() << endl;
cout << "The length of the line2 is: ";
cout << line2.getLen() << endl;
return 0;
}前向引用声明
类应该先声明，后使用
如果需要在某个类的声明之前，引用该类，则应进行前向引用声明。
前向引用声明只为程序引入一个标识符，但具体声明在其他地方。
例：
class B; //前向引用声明
class A {
public:
void f(B b);
};
class B {
public:
void g(A a);
};前向引用声明注意事项
使用前向引用声明虽然可以解决一些问题，但它并不是万能的。
在提供一个完整的类声明之前，不能声明该类的对象，也不能在内联成员函数中使用该类的对象。
当使用前向引用声明时，只能使用被声明的符号，而不能涉及类的任何细节。
例：
class Fred; //前向引用声明
class Barney {
Fred x; //错误：类Fred的声明尚不完善
};
class Fred {
Barney y;
};1.6 UML简介
可视化的面向对象的建模语言
三个基本部分：事物，关系，图
例：UML图表示线类的点类的关系
1.7 结构体与联合体
结构体
结构体是一种特殊形态的类
与类的唯一区别：类的缺省访问权限是private，结构体的缺省访问权限是public
结构体存在的主要原因：与C语言保持兼容
什么时候用结构体而不用类?
定义主要用来保存数据、而没有什么操作的类型；人们习惯将结构体的数据成员设为公有，因此这时用结构体更方便
struct 结构体名称 {
公有成员
protected:
保护型成员
private:
私有成员
};结构体的初始化
如果一个结构体的全部数据成员都是公共成员，并且没有用户定义的构造函数，没有基类和虚函数（基类和虚函数将在后面的章节中介绍），这个结构体的变量可以用下面的语法形式赋初值
类型名 变量名 = { 成员数据1初值, 成员数据2初值, …… };
例：用结构体表示学生的基本信息
#include
#include
#include
using namespace std;
struct Student { //学生信息结构体
int num; //学号
string name; //姓名，字符串对象，将在第6章详细介绍
char sex; //性别
int age; //年龄
};
int main() {
Student stu = { 97001, "Lin Lin", 'F', 19 };
cout << "Num: " << stu.num << endl;
cout << "Name: " << stu.name << endl;
cout << "Sex: " << stu.sex << endl;
cout << "Age: " << stu.age << endl;
return 0;
}联合体
声明形式
union 联合体名称 {
公有成员
protected:
保护型成员
private:
私有成员
};特点：成员共用同一组内存单元，任何两个成员不会同时有效。
union Mark { //表示成绩的联合体
char grade; //等级制的成绩
bool pass; //只记是否通过课程的成绩
int percent; //百分制的成绩
};//联合体一共是四个字节，因为int占4字节，另两个和也共用int的存储空间
union {
int i;
float f;
}
在程序中可以这样使用：
i = 10;
f = 2.2;//当定义f复制是，i的值被刷掉，变成2，因为任何两个成员不会同时有效例
#include
#include
using namespace std;
class ExamInfo {
private:
string name; //课程名称
enum { GRADE, PASS, PERCENTAGE } mode;//计分方式
union {
char grade; //等级制的成绩
bool pass; //只记是否通过课程的成绩
int percent; //百分制的成绩
};
public:
//三种构造函数，分别用等级、是否通过和百分初始化
ExamInfo(string name, char grade)
: name(name), mode(GRADE), grade(grade) { }
ExamInfo(string name, bool pass)
: name(name), mode(PASS), pass(pass) { }
ExamInfo(string name, int percent)
: name(name), mode(PERCENTAGE), percent(percent) { }
void show();
}
void ExamInfo::show() {
cout << name << ": ";
switch (mode) {
case GRADE: cout << grade; break;
case PASS: cout << (pass ? "PASS" : "FAIL"); break;
case PERCENTAGE: cout << percent; break;
}
cout << endl;
}
int main() {
ExamInfo course1("English", 'B');
ExamInfo course2("Calculus", true);
ExamInfo course3("C++ Programming", 85);
course1.show();
course2.show();
course3.show();
return 0;
}1.8 枚举类
枚举类定义
语法形式enum class 枚举类型名: 底层类型 {枚举值列表};
例：
enum class Type { General, Light, Medium, Heavy};//未标记底层类型默认int
enum class Type: char { General, Light, Medium, Heavy};
enum class Category { General=1, Pistol, MachineGun, Cannon};
枚举类的优势
1.强作用域，其作用域限制在枚举类中。
例：使用Type的枚举值General：
Type::General
2.转换限制，枚举类对象不可以与整型隐式地互相转换。
可以指定底层类型
例：
enum class Type: char { General, Light, Medium, Heavy};
例：枚举类举例
#include<iostream>
using namespace std;
enum class Side{ Right, Left };
enum class Thing{ Wrong, Right }; //不冲突
int main()
{
Side s = Side::Right;
Thing w = Thing::Wrong;
cout << (s == w) << endl; //编译错误，无法直接比较不同枚举类
return 0;
}
京公网安备 11010502036488号