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第10章 对象和类

面向对象编程OOP特性：

• 抽象
• 封装和数据隐藏
• 多态
• 继承
• 代码的可重用性

10.1 过程性编程和面向对象编程

采用过程性编程：

• 首先考虑遵循的步骤，然后考虑如何表示这些数据。

采用OOP:

• 首先考虑数据，考虑如何表示数据，和考虑如何使用数据。
  (首先从用户的角度考虑对象——描述对象所需的数据以及描述用户与数据交互所需的操作。完成对接口的描述后，需要确定如何实现接口和数据存储。最后，使用新的设计方案创建出程序。)

用户与数据交互的方式有三种：

• 初始化
• 更新
• 显示数据

这就是用户接口。

10.2 抽象和类

处理复杂性的方法之一是简化和抽象。

在C++中，用户定义类型指的是实现抽象接口的类设计。

10.2.1 类型是什么

指定基本类型完成了三项工作：

• 决定数据对象需要的内存数量
• 决定如何解释内存中的位;
  (long和float在内存中占用的位数相同，但将它们转换为数值的方法不同)。
• 决定可使用数据对象执行的操作或方法

10.2.2 C++中的类

类是一种将抽象转换为用户定义类型的C++工具，它将数据表示和操纵数据的方法组合成一个整洁的包。

定义类，一般来说，类规范由两个部分组成：

• 类声明：以数据成员的方式描述数据部分，以成员函数(被称为方法)的方式描述公有接口。
• 类方法定义：类声明提供了类的蓝图，而方法定义则提供了细节。

什么是接口

接口是一个共享框架，供两个系统交互时使用；

对于类，我们说公共接口。在这里，公众public是使用类的程序，交互系统由类对象组成，而接口由编写类的人提供的方法组成。

要使用某个类，必须了解其公共接口；要编写类，必须创建其公共接口。

• 类名首字母大写。
• 类就像一个结构声明，只是还包含成员函数，公有部分和私有部分等内容。
• 类的变量成为对象或实例。

1. 访问控制

关键字private和public、protected也是新的，它们描述了对类成员的访问控制。

• 使用类对象的程序都可以直接访问公有部分，但只能通过公有成员函数来访问对象的私有成员。
• 公有成员函数是程序和对象的私有成员之间的桥梁，提供了对象和程序之间的接口。

防止程序直接访问数据被称为数据隐藏。

封装的另一个例子是，将类函数定义和类声明放在不同的文件中。

2. 控制对成员的访问：公有还是私有

程序员使用私有成员函数来处理不属于公有接口的实现细节。

不必在类声明中使用关键字private,因为这是类对象的默认访问控制；

类和结构

区别是：

• 结构的默认访问类型是public
• 而类为private

C++程序员通常使用类来实现类描述，而把结构限制为只表示纯粹的数据对象(常被称为普通老式数据(POD，Plain Old Data)结构)。

10.2.3 实现类成员函数

• 定义成员函数时，使用作用域解析运算符(::)来标识函数所属的类；
• 类方法可以访问类的private组件。

1. 内联方法

其定义位于类声明中的函数都将自动成为内联函数。类声明常将短小的成员函数作为内联函数。

也可以在类声明之外定义成员函数，并使其成为内联函数。只需要在实现部分中定义函数时使用inline限定符即可。 内联函数的特殊规则要求在每个使用它们的文件中都对其进行定义。确保内联定义对多文件程序中的所有文件都可用的、最简便的方法是：将内联定义放在定义类的头文件中。

2. 方法使用哪个对象

调用成员函数时，它将使用被用来调用它的对象的数据成员。

所创建的每个新对象都有自己的存储空间，用于存储其内部变量和类成员；但同一个类的所有对象共享同一组类方法，即每种方法只有一个副本。

10.2.4 使用类

客户／服务器模型

• 客户是使用类的程序
• 类声明(包括类方法)构成了服务器
  客户只能通过以公有方式定义的接口使用服务器，这意味着客户(客户程序员)唯一的责任是了解该接口。服务器(服务器设计人员)的责任是确保服务器根据该接口可靠并准确地执行。服务器设计人员只能修改类设计的实现的细节，而不能修改接口。这样程序员独立地对客户和服务器进行改进，对服务器的修改不会因客户的行为造成意外的影响。

10.2.5 修改实现

将修改限定在实现文件中，以免影响程序的其他方面。

10.2.6 小结

指定类设计的第一步是提供类声明。

类声明类似结构声明，可以包括数据成员和函数成员。

• 声明有私有部分，在其中声明的成员只能通过成员函数进行访问；
• 声明还具有公有部分，在其中声明的成员可被使用类对象的程序直接访问。

通常，数据成员被放在私有部分中，成员函数被放在公有部分中。

公有部分的内容构成了设计的抽象部分——公有接口。 将数据封装到私有部分中可以保护数据的完整性，这被称为数据隐藏。

10.3 类的构造函数和析构函数

• 让使用类对象就像使用标准类型一样。
• 一般来说，最好是在创建对象时对它进行初始化。
  C++提供了一个特殊的成员函数——类构造函数，专门用于构造新对象、将值赋给它们的数据成员。名称和类名相同。构造函数没有返回值。

10.3.1 声明和定义构造函数

• 构造函数的原型位于类声明的公有部分。
• 程序声明对象时，将自动调用构造函数。
• 不能将类成员名称用作构造函数的参数名。

10.3.2 使用构造函数

• 显示地调用构造函数
• 隐式的调用构造函数
• 与new一起使用

构造函数构造出对象之前，对象是不存在的。因此构造函数被用来创建对象，而不是通过对象来调用。

10.3.3 默认构造函数

默认构造函数是在未提供显示初始值时，用来创建对象的构造函数。

如果没有提供任何构造函数，则C++将自动提供默认构造函数。 默认构造函数没有参数，因为声明中不包含值。

定义默认构造函数的方式有两种：

• 给已有构造函数的所有参数提供默认值。
• 通过函数重载来定义另一个构造函数——一个没有参数的构造函数。

在设计类时，通常应提供对所有类成员做隐式初始化的默认构造函数。

10.3.4 析构函数

用构造函数创建对象后，程序负责跟踪该对象，直到其过期为止。对象过期时，程序将自动调用一个特殊的成员函数——析构函数。析构函数完成清理工作。

如果构造函数使用new来分配内存，则析构函数将使用delete来释放这些内存。 和构造函数一样，析构函数的名称也很特殊：在类名前加上～。 和构造函数一样，析构函数也可以没有返回值和声明类型。 与构造函数不同的是，析构函数没有参数。

• 如果创建的是静态存储类对象，则其析构函数将在程序结束时自动被调用。
• 如果创建的是自动存储类对象，则其析构函数将在程序执行完代码块时自动被调用。
• 如果对象是通过new创建的，则它将驻留在栈内存或自由存储区中，当使用delete来释放内存时，其析构函数将自动被调用。

如果程序员没有提供析构函数，编译器将隐时地声明一个默认析构函数，并在发现导致对象被删除的代码后，提供默认析构函数的定义。

10.3.5 改进Stock类

1. 头文件

2. 实现文件

3. 客户文件

4. 程序说明

• 由于自动变量被放入棧中，因此最后创建的对象将最先被删除，最先创建的对象将最后被删除。

5. C++11列表初始化

• 可以用大括号初始化

6. const成员函数

将const关键字放在函数的括号后面，以这种方式声明和定义的类函数被称为const成员函数。

• 就像应尽可能将const引用和指针用作函数形参一样，只要类方法不修改调用对象，就应将其声明为const。

10.3.6 构造函数和析构函数的小结

构造函数是一种特殊的类成员函数。在创建对象时被调用。构造函数的名称和类名相同，但通过函数重载，可以创建多个同名的构造函数，条件是每个函数的特征标(参数列表)都不同。另外，构造函数没有声明类型。通常，构造函数用于初始化类对象的成员，初始化应与构造函数的参数列表匹配。

⚠️接受一个参数的构造函数允许使用赋值语法将对象初始化为一个值。

• 默认构造函数没有参数，因此如果创建对象时没有进行显式地初始化，则将调用默认构造函数。
• 如果程序中没有提供任何构造函数，则编译器会为程序定义一个默认构造函数；否则，必须自己提供默认构造函数。
• 默认构造函数可以没有任何参数；如果有，则必须给所有参数都提供默认值。
• 就像对像被创建时程序将调用构造函数一样，当对象被删除时，程序将调用析构函数。
• 每个类都只能有一个析构函数，析构函数没有返回类型，也没有参数，其名称为类名称前加上～。
• 如果构造函数使用了new，则必须提供使用delete的析构函数。

10.4 this指针

类成员函数涉及到两个对象，在这种情况下需要使用C++的this指针。

使用被称为this的特殊指针。this指针指向用来调用成员函数的对象(this被作为隐藏参数传递给方法)。一般来说，所有的类方法都将this指针设置为调用它的对象的地址。

• 使用->运算符，通过指针来访问结构成员，这也适用于类成员。

注意：

每个成员函数(包括构造函数和析构函数)都有一个this指针。this指针指向调用对象。如果方法需要引用整个调用对象，则可以使用表达式*this。在函数的括号后面使用const限定符将this限定为const，这样将不能使用this来修改对象的值。

10.5 对象数组

要创建类对象数组，则这个类必须有默认构造函数。

10.6 类作用域

在类中定义的名称的作用域都为整个类，作用域为整个类的名称只在该类中是已知的，在类外是不可知的。因此，可以在不同类中使用相同的类成员名而不会引起冲突。

10.6.1 作用域为类的常量

10.6.2 作用域内枚举

10.7 抽象数据类型ADT

ADT以通用的方式描述数据类型，而没有引入语言或实现细节。

10.8 总结

设计一个类来实现接口。

• 私有数据成员存储信息
• 公有成员函数提供访问数据的唯一途径。

类将数据和方法组合成一个单元，其私有性实现数据隐藏。

通常，将类声明分为两部分组成，这两部分通常保存在不同的文件中。

• 类声明应放到头文件中。
• 定义成员函数的源代码放在方法文件中。

这样便将接口描述与实现细节分开了。从理论上说，只需知道公有接口就可以使用类。

类是用户定义的类型，对象是类的实例。这意味着对象是这种类型的变量。 可以声明对象、指向对象的指针和对象数组。可以按值传递对象、将对象作为函数返回值、将一个对象赋给同类型的另一个对象。

• 如果提供了构造函数，则在创建对象时，可以初始化对象。
• 如果提供了析构函数方法，则在对象消亡后，程序将执行该函数。
  每个对象都存储自己的数据，而共享类方法。
• 如果希望成员函数对多个对象进行操作，可以将额外的对象作为参数传递给它。如果方法需要显式地引用调用它的对象，则可以使用this指针。由于this指针被设置为调用对象的地址，因此*this是该对象的别名。
  类很适合用于描述ADT。公有成员函数接口提供了ADT描述的服务，类的私有部分和类方法的代码提供了实现，这些实现对类的客户隐藏。

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