找回密码
 立即注册
  • QQ空间
  • 回复
  • 收藏

C++类初识-有了对象之后

admin 2019-8-12 20:00 120人围观 C++相关

作者:守望,Linux应用开发者,目前在公众号【编程珠玑】 分享Linux/C/C++/数据结构与算法/工具等原创技术文章和学习资源。

前言


无论是在Java还是Python中,都有类的概念,类的基本思想是数据抽象和封装,一个类定义了一种数据类型以及相关的操作。C++中类是怎样的呢?本文将结合C语言,来介绍C++中的类。

乐一乐


问:C++的书为什么比C厚那么多?
答:有了对象后就是麻烦。

虽然这只是调侃,但不得不承认,C++在语法特性上要比C复杂,因此本文也只是挑选类的部分内容来阐述。

另外一提,面向对象本身是一种编程思想,只是C++在语言特性层面就支持面向对象,而C并不支持。

定义类


与C语言中定义结构体类似,只不过C++的类中,除了有数据,还有相关操作,例如:
struct Human
{
    unsigned int age;
    string name;
    double height;
    /*定义getAge函数,内部用到了age变量*/
    unsigned int getAge()
    {
        return age;
    }
};

从上面可以看到,除了多了getAge成员函数,其他部分和C语言中的结构体是没有太大的差别的。但是需要注意的是,编译器在处理类的时候,先编译成员的声明,然后才会轮到成员函数。也就是说,即便getAge函数在age的声明之前,也是可以编译过的。
struct Human
{
    /*定义getAge函数,内部用到了age变量*/
    unsigned int getAge()
    {
        return age;
    }
    unsigned int age;
    string name;
    double height;
};

上面的代码中,虽然age的声明再getAge函数之后,但是不影响编译。

声明类


以下几种方式都可以用来声明类:
Human human;
struct Human human1;//这种形式和C语言中非常像

不过下面这种方式是不行的奥:
Human human();

因为这会被认为是函数的声明,因此编译会报错。从后面可以看到,

类的作用域


类本身就是一个作用域,所以我们可以看到,在getAge函数中,可以直接访问age成员。而成员函数也可以定义在类的外部,但是为了说明这个成员函数是类的成员,就必须使用作用域符,例如在类的外部定义getAge:
unsigned int Human::getAge()
{
    return age;
}

当然前提是在类中已有声明:
unsigned int getAge();

通常来说,成员函数实现可能比较复杂,因此常常会在类中声明成员函数,但是在类的外部定义,以便阅读和组织代码。

构造函数


无论在C语言中还是在C++中,对于临时变量(或者说非静态,全局变量)声明之后最好进行初始化。对于普通数据类型,如int,double等都可以直接初始化为0,那么类中的数据是复杂的,我们必须有一个或几个函数用来实现类对象的初始化,类中这样的一个或几个函数就是构造函数。对于构造函数需要关注以下几点:

  • 构造函数没有返回值

  • 构造函数名与类名相同

  • 构造函数可以重载

  • 构造函数不能被声明成const

  • 如果没有定义任何构造函数,编译器会为我们提供没有参数的默认构造函数

看下面的代码:
//来源:公众号【编程珠玑】
//网站:https://www.yanbinghu.com
#include <iostream>
using namespace std;
struct Human
{
    unsigned int age;
    string name;
    double height;
    unsigned int getAge()
    {
        return age;
    }
};
int main()
{
    Human human;//这里会去调用默认构造函数
    cout<<"age:"<<human.age<<endl;
    return 0;
}

在main函数中,我们声明了一个Human对象,虽然我们有默认的构造函数,但是由于默认构造函数并没有对成员进行初始化,因此每次运行的结果还是不一样。至于原因可以参考《C语言入坑指南-被遗忘的初始化》。

因此我们需要定义自己的构造函数,用来控制对象的初始化:
//来源:公众号【编程珠玑】
//网站:https://www.yanbinghu.com
#include <iostream>
using namespace std;
struct Human
{
    unsigned int age;
    string name;
    double height;
    /*构造函数*/
    Human(int a,string n,double h)
    {
        age = a;
        name = n;
        height = h;
    }
    unsigned int getAge()
    {
        return age;
    }
};
int main()
{
    //Human human;//这一行会报错,因为定义了构造函数之后,不会合成默认没有参数的构造函数
    Human human(10,"shouwang",180);
    cout<<"age:"<<human.age<<endl;
    cout<<"name:"<<human.name<<endl;
    cout<<"height:"<<human.height<<endl;
    return 0;
}

这里也验证了我们前面说到的一点,如果定义了自己的构造函数,那么就不会合成默认构造函数,如果还想要默认的构造函数呢?很简单,只需要在类中增加一行:
Human() = default;

在这种情况下,构造函数就不止一个,即构造函数被重载了。

访问控制与封装


前面也说到,类的基本思想是数据抽象和封装,那么必然有一些东西用来控制访问权限的。它们就是访问说明符:

  • public说明符:在其之后的成员在整个程序内可以被访问,通常用于定义类的接口

  • private说明符:在其之后的成员不能被使用该类的外码使用,但是可以被类的成员函数访问,通常用于类的数据成员

  • protected说明符:与private成员类似,但是其基类可访问

另外也可以使用class代替struct,只是他们的默认访问权限不一样,class定义的类的成员默认是private的,而struct的成员默认是public的。因此我们可以看到在前面的main函数中,可以直接使用.运算符访问数据成员,但是如果换成class就不太一样了,这个时候就会报错,因为在这种情况下,构造函数也是不可访问的:
error: ‘Human::Human(int, std::string, double)’ is private within this context

因此我们修改class如下:
class Human
{
/*数据成员声明为private*/
private:
    unsigned int age;
    string name;
    double height;
/*类接口声明为public*/
public:
   /*默认构造函数*/
    Human() = default;
    /*构造函数*/
    Human(int a,string n,double h)
    {
        age = a;
        name = n;
        height = h;
    }
    unsigned int getAge()
    {
        return age;
    }
};

这个时候,就需要通过调用getAge函数来访问数据成员,而不是直接访问了:
human.getAge();

封装有什么好处呢?显然:

  • 确保封装对象不会被无意间破坏数据

  • 封装细节不对外呈现,其实现可以随意改变,但是不影响外部使用

类大小


虽然类中有很多成员,包括数据成员和成员函数,但是对于一个类占用的空间来说,与C中的struct是类似的,即使用sizeof计算其大小时,只需要计算其非静态数据成员大小(严格来说,是非静态数据成员,虚函数,虚基类),所以对于64位程序来说,sizeof(Human)的大小为24字节(需要考虑字节对齐,可参考《理一理字节对齐的那些事》)。到这里其实也可以猜想,不同的Human对象数据成员不同,但是其普通成员函数都是只有一份。

但是需要特别注意的是,C++类允许没有数据成员,那么一个没有数据成员的类(没有非静态数据成员变量,没有虚函数,也没有虚基类),大小是多少呢?
#include <iostream>
using namespace std;
class Empty
{
    void test()
    {
        /*do something*/
    }
};
int main()
{
    Empty e;
    cout <<  sizeof(e) << endl;
}

运行结果为:1,而不是0。
为什么呢?C++标准里规定,为了避免不同的对象具有相同的地址,对象大小不允许为0。

总结


我们从前面的内容可以看到,与C语言相比,C++的类至少多了以下特点:

  • 成员函数定义在类中,即操作和数据都在类中,而不像C语言中数据与操作分离

  • 使用特定的函数,即构造函数进行初始化

  • 使用访问说明符来封装,决定哪些可以被用户访问,哪些不能

而本文需要特别注意的点如下:

  • class与struct本质没有太大区别,只是默认访问控制权限不一样

  • 构造函数没有返回值

  • 编译器在处理类的时候,先编译成员的声明,然后才会轮到成员函数

介绍到这里你以为就完了吗?还早的很。

如有不妥之处,还请多多指教。

讨论


关于C++ 空类大小,你有什么补充的吗?


●编号547,输入编号直达本文

●输入m获取文章目录
C语言与C++编程



分享C/C++技术文章

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
我们尊重原创,也注重分享,文章来源于微信公众号:C语言与C++编程,建议关注公众号查看原文。如若侵权请联系qter@qter.org。
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

鲜花

握手

雷人

路过

鸡蛋

yafeilinux和他的朋友们微信公众号二维码

微信公众号

专注于Qt嵌入式Linux开发等。扫一扫立即关注。

Qt开源社区官方QQ群二维码

QQ交流群

欢迎加入QQ群大家庭,一起讨论学习!

我有话说......