类和对象(上) - 关于面向对象、类定义、访问限定符和指针
文章目录
- 面向对象和面向过程的区别
- 类的定义
- 类的访问限定符和封装
- 封装
- 类的作用域
- 类的实例化
- 类对象大小的计算
- 关于结构体内存对齐和大小计算
- this 指针
- this指针的特性:
二次修订于date:2024:3:6
面向对象和面向过程的区别
C语言是一们面向过程的语言,关注的是函数执行的过程,数据和方法是分离的。
C++是一门面向对象的语言,主要关注对象,将一件事情抽象成不同的对象,靠对象间的交互来完成。对象与对象之间的交互叫做消息(举例外卖系统中,分为快递小哥,商家,菜品,用户这几个类,通过这些类创建出各自的对象,通过他们的交互来完成一次外卖行为)
类的定义
关于类的定义这里因为C++是兼容C语言的,所以C++给C语言的struct一个新的定义,就是用来定义类,C语言中关于结构体的用法C++这里同样也是兼容的。
struct name
{
void Init()
{
;
}
void Push()
{
;
}
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
定义一个类实际就是一个类型(花括号括起来的就是一个作用域,类的作用域就叫类域),类里面可以定义成员变量_top等,也可以定义成员函数就是Init和Push。name就是类名,成员变量和成员函数组成了类体。
struct毕竟是C语言的产物,C++还有一个关键字class来定义类
class stu
{
public:
void Init(const char*arr,const char*id,const char*sex)
{
strcpy(_name, arr);
strcpy(_id, id);
strcpy(_sex, sex);
}
char _name[20];
char _id[15];
char _sex[5];
};
int main()
{
struct stu s;
s.Init("zhangsan", "0007", "nan");
return 0;
}
类里面定义实现的函数会被编译器默认当成内联函数。
声明与定义分离如下所示
//main.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"stu.h"
int main()
{
stu s;
s.Init("zhangsan", "0007", "nan");
return 0;
}
//stu.h
#pragma once
#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
class stu
{
public:
void Init(const char* arr, const char* id, const char* sex);
char _name[30];
char _id[20];
char _sex[10];
};
//stu.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"main.h"
void stu::Init(const char* arr, const char* id, const char* sex)
{
strcpy(_name, arr);
strcpy(_id, id);
strcpy(_sex, sex);
}
类的访问限定符和封装
上面代码中的public就是类的访问限定符。
类的访问限定符一共有三个:public,private,protected在此处暂且认为private和protected是相同的。其中public的意思是公有,在public的范围之下(从public出现的地方到下一个访问限定符出现或者到类结束},这段范围都是public)的成员函数或者成员变量是可以在类外被直接访问到的。比如上面代码中的成员函数Init或者成员变量id_[20],可以直接在外面被修改。但是在private或者protected的范围内的成员在类外是不可见的。
//main.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"stu.h"
int main()
{
class stu s;
s.Init("zhangsan", "0007", "nan");
return 0;
}
//stu.h
#pragma once
#include<iostream>
#include<cstring>
using namespace std;
class stu
{
public:
void Init(const char* arr, const char* id, const char* sex);
private:
char _name[30];
char _id[20];
char _sex[10];
};
//stu.c
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include"main.h"
void stu::Init(const char* arr, const char* id, const char* sex)
{
strcpy(_name, arr);
strcpy(_id, id);
strcpy(_sex, sex);
}
在stu类里面加了一个private,这样就限定类外不能直接访问到成员对象,只能通过成员函数来访问成员对象,好处就是,用户的行为都在掌控之中,不会出现,直接修改成员对象导致某些错误的情况发生。
如果不加类访问限定符,那么struct默认为public(因为struct要兼容C语言的结构体所以是能够随意访问的),class默认为private。
注意:访问限定符只在编译时有用,当数据映射到内存后,没有任何访问限定符上的区别(后面的多态,会存在方法突破类域限制)
**【面试题】 **
**问题:C++中struct和class的区别是什么? **
解答:C++需要兼容C语言,所以C++中struct可以当成结构体去使用。另外C++中struct还可以用来定义类。 和class是定义类是一样的,区别是struct的成员默认访问方式是public,class是的成员默认访问方式是private。
封装
封装实际上是将数据与操作数据的方法结合起来,然后隐藏对象的部分属性和实现细节(一般成员变量都是隐藏的)对外只公开接口,通过接口来对数据进行操作。
封装可以使得数据更加安全,不存在说用户直接去修改对象属性的这种危险行为,用户只能通过调用函数接口来访问对象,行为更加可控。
所以想给外部展示的成员定义为public,不想给外部展示的定义为private或protected。
类的作用域
定义一个类,这个类的大括号就是这个类的作用域,又叫做类域。想要类外实现类成员,就要指定函数属于那个域。
class stack
{
public:
void Init();
int size;
int capacity;
int* a;
};
void stack::Init()
{
//.....
}
在类外定义类成员就要加stack::。
//stack.cpp
void stack::Init()
{
.....
}
类的实例化
用定义好的类创建出来对象,这个就叫做类的实例化。
class stack
{
public:
void Init()
{
;
}
void Push()
{
;
}
private:
int*_a;
int _size;
int _capacity;
};
int main()
{
stack s1;
s1.Init();
s1.Push();
return 0;
}
用stack创建出来了一个对象s1,这个就是类的实例化。
仅仅定义一个类是不占用内存的,是创建了一个类型,这相当于是一个蓝图,通过这个蓝图可以创建对象,当对象创建出来之后才会在内存中占用空间。
stack::_a为什么不能访问到a?因为stack类型里实际并没有变量a,要等实例化对象之后才存在_a变量。
static类型的成员变量是一个例外。
类对象大小的计算
这里要注意当计算s1的大小的时候,计算出来的大小是12,那么问题来了,成员函数不占内存吗?
因为实例化出来的对象不包含成员函数,定义类的成员函数都存放在公共的代码段并不是存放在对象中,不然创建多个对象会有很多个重复成员函数,实际应该是多个对象都调用的是同一个成员函数。
class stack
{
public:
void Init()
{
;
}
void Push()
{
;
}
private:
};
int main()
{
stack s1;
cout << sizeof(s1) << endl;
return 0;
}
如果我们不定义成员变量那么计算的大小会是多少呢?会不会是0?
不会,如果这个对象的大小是0,那么定义很多个这样的对象,他们的地址也就无法区分开来了。所以不管是空类(什么成员都没有)或者是没有成员变量的类,他们的大小最小是1,这个一个字节的意义就是为了占位,占了一个地址,可以区分不同的对象 。
类的对象的大小计算是和结构体一样的,同样也是遵守内存对齐的。
总结,再来看下面这段代码中的类的大小分别是多少呢?
// 类中既有成员变量,又有成员函数
class A1 {
public:
void f1(){}
private:
int _a;
};
// 类中仅有成员函数
class A2
{
public:
void f2() {}
};
// 类中什么都没有---空类
class A3
{};
答案:A1创建出来的对象大小是4,A2和A3都是1,所以现在我们也可看出来,对象中不包含成员函数。
关于结构体内存对齐和大小计算
结构体内存对齐规则
- 第一个成员在地址偏移量为0的地址处。
- 每个成员的第一个字节存放的位置的地址偏移量必须是对齐数整数倍(对齐数:编译器默认对齐数和类型大小之间的较小值)
- 默认对齐数(VS中默认为8,默认参数一般设置成1,2,4,8,16。可以通过#pragme pack (4),将编译器的默认对齐数修改为4。如果要恢复编译器默认对齐数,用#pragma pack()即可)
- 结构体整体的大小必须是,最大对齐数的整数倍(最大对齐数就是结构体中每个成员对齐数的最大值)
- 如果结构体内嵌套了其他结构体变量,那么这个结构体变量也要对齐到其对齐数的整数倍位置,这个结构体变量的对齐数就是它这个结构体的最大对齐数。
注意:只有vs有默认对齐数,其他编译器都是以自身类型大小作为自己的对齐数。
#pragma pack (8)
struct test2
{
char c;
double a;
};
int main()
{
stack s1;
cout << sizeof(struct test2) << endl;
return 0;
}
这段程序可以很好的说明最大对齐数,当默认对齐数为1的时候,这大小是9
因为默认对齐数是1,和变量类型中最大的8取较小值就是1.
当默认对齐数为4的时候这个结构体大小为12,8和4取较小的取到了4.
当默认对齐数是8,就没区别了,默认和最大都是8,那结果是16.
**【面试题】 **
- 结构体怎么对齐? 为什么要进行内存对齐
- 如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐
- 如何知道结构体中某个成员相对于结构体起始位置的偏移量
- 什么是大小端?如何测试某台机器是大端还是小端,有没有遇到过要考虑大小端的场景
1,为什么要进行内存对齐,这是一种用空间换时间的做法,比如32位机有32根地址线,这样cpu每次读取都可以读取到四个字节,如果结构体成员都堆在一起放置,那么cpu每次读到的数据可能并不是只有一个数据,还可能截断读取了其他数字的部分数据,下次读的时候还需要分两次读取,效率就会很慢,若内存是对齐的,每次读取的数据都是一个数字的数据,就不需要cpu再去处理数据的问题了。
百度百科对此解释:
1、平台原因(移植原因):不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的;某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据,否则抛出硬件异常。
2、性能原因:数据结构(尤其是栈)应该尽可能地在自然边界上对齐。原因在于,为了访问未对齐的内存,处理器需要作两次内存访问;而对齐的内存访问仅需要一次访问。
3,如何知道结构体成员的偏移量呢?
使用宏offsetof(注意这是个宏不是函数),引用的头文件是
#pragma pack (8)
#include<cstddef>
struct test2
{
char c;
double a;
};
int main()
{
stack s1;
//cout << sizeof(struct test2) << endl;
cout << offsetof(struct test2, a)<<endl;
return 0;
}
this 指针
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Init(2022, 6, 17);
d1.Print();
return 0;
}
下面我们来思考问题,当我们用不同的对象都调用Print函数和Init函数的时候,这个函数是如何区分形参要赋值给哪一个对象的成员变量呢?
这就是我们要说的this指针
//其实我们在调用Init的时候看似是这样传参
d1.Init(2022,6,17);
//实际上是
d1.Init(&d1,2022,6,17);
d1.Print();
d1.Print(&d1);
在传参的时候实际上还将对象的地址传了过去,只是这些是编译器自己处理的我们看不到而已。下面再来看函数部分是如何实现的。
//实际上的Init是这样的
void Init(Date*const this,int year, int month, int day)
{
this->_year = year;
this->_month = month;
this->_day = day;
}
//Print也是如此
void Print(Date*this)
{
cout << this->_year << " " << this->_month << " " << this->_day << endl;
}
就像是C语言中的结构体指针,通过箭头来访问结构体内的对象,这个this指针就是同这种方式访问到每个对象的成员变量。
但是参数上的Data * const this是编译器隐含加上的,不可以手动加上,否则在传参的时候就会出现对应不上的问题。但是我们是可以直接在这个成员函数内使用this指针的,比如下面这样:
void Init(int year, int month, int day)
{
this->_year = year;
this->_month = month;
this->_day = day;
}
总结:
C++编译器给每个“非静态的成员函数“增加了一个隐藏的指针参数,让该指针指向当前对象(函数运行时调用该函数的对象),在函数体中所有成员变量的操作,都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的,即用户不需要来传递,编译器自动完成。
this指针的特性:
1,this指针的类型是:Date* const this,因为this指针是不可修改的所以用const保护起来。
2,this指针只能在非静态成员函数中使用。
3,this指针是成员函数的一个形参,是对象在调用函数的时候将对象的地址当作实参传递的。所以this指针并不在对象中,而是在存在栈区里面(this指针就是一个指针,一个局部变量)。
4,this指针是成员函数第一个隐含的指针形参,vs编译器通过ecx寄存器自动传递,不需要用户传递。
// 1.下面程序能编译通过吗?
// 2.下面程序会崩溃吗?在哪里崩溃
class A
{
public:
void PrintA()
{
cout << _a << endl;
}
void Show()
{
cout << "Show()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = NULL;
p->PrintA();
p->Show();
}
这段代码可以编译通过,但是执行的时候会挂掉,p->PrintA的时候并没有对空指针进行解引用,虽然这个p指针是空指针,但是调用PrintA函数的时候只是把p当作参数传给了this指针,因为PrintA并不在对象中,所以也不需要对p解引用到对象里面找这个函数,而是需要到公共代码段内找这个函数,因此是可以编译通过的。
程序挂掉的原因是在PrintA中访问_a,实际上是this->_a。这里对空指针进行了解引用,所以程序崩溃了,如果屏蔽掉PrintA则程序没有问题。
注意:PrintA和Show函数的地址并没有存在对象里面。这些成员函数都是存在公共代码段的。
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一种结构设计模式,允许在对象中动态添加新行为。它通过创建一个封装器来实现这一目的,即把对象放入一个装饰器类中,然后把这个装饰器类放入另一个装饰器类中,以此类推,形成一个封装器链。这样,我们就可以在不改变原始对象的情况下动态添加新行为或修改原始行为。 在 Java 中,实现装饰器设计模式的步骤如下: 定义一个接口或抽象类作为被装饰对象的基类。 公共接口 Component { void operation; } } 在本例中,我们定义了一个名为 Component 的接口,该接口包含一个名为 operation 的抽象方法,该方法定义了被装饰对象的基本行为。 定义一个实现基类方法的具体装饰对象。 公共类 ConcreteComponent 实现 Component { public class ConcreteComponent implements Component { @Override public void operation { System.out.println("ConcreteComponent is doing something...") ; } } 定义一个抽象装饰器类,该类继承于基类,并将装饰对象作为一个属性。 公共抽象类装饰器实现组件 { protected Component 组件 public Decorator(Component component) { this.component = component; } } @Override public void operation { component.operation; } } } 在这个示例中,我们定义了一个名为 Decorator 的抽象类,它继承了 Component 接口,并将被装饰对象作为一个属性。在操作方法中,我们调用了被装饰对象上的同名方法。 定义一个具体的装饰器类,继承自抽象装饰器类并实现增强逻辑。 公共类 ConcreteDecoratorA extends Decorator { public ConcreteDecoratorA(Component 组件) { super(component); } } public void operation { super.operation System.out.println("ConcreteDecoratorA 正在添加新行为......") ; } } 在本例中,我们定义了一个名为 ConcreteDecoratorA 的具体装饰器类,它继承自装饰器抽象类,并实现了操作方法的增强逻辑。在操作方法中,我们首先调用被装饰对象上的同名方法,然后添加新行为。 使用装饰器增强被装饰对象。 公共类 Main { public static void main(String args) { Component 组件 = new ConcreteComponent; component = new ConcreteDecoratorA(component); 组件操作 } } 在这个示例中,我们首先创建了一个被装饰对象 ConcreteComponent,然后通过 ConcreteDecoratorA 类创建了一个装饰器,并将被装饰对象作为参数传递。最后,调用装饰器的操作方法,实现对被装饰对象的增强。 使用场景 在 Java 中,装饰器模式被广泛使用,尤其是在 I/O 中。Java 中的 I/O 库使用装饰器模式实现了不同数据流之间的转换和增强。 让我们打开文件 a.txt,从中读取数据。InputStream 是一个抽象类,FileInputStream 是专门用于读取文件流的子类。BufferedInputStream 是一个支持缓存的数据读取类,可以提高数据读取的效率,具体代码如下: @Test public void testIO throws Exception { InputStream inputStream = new FileInputStream("C:/bbb/a.txt"); // 实现包装 inputStream = new BufferedInputStream(inputStream); byte bytes = new byte[1024]; int len; while((len = inputStream.read(bytes)) != -1){ System.out.println(new String(bytes, 0, len)); } } } } 其中 BufferedInputStream 对读取数据进行了增强。 这样看来,装饰器设计模式和代理模式似乎有点相似,接下来让我们讨论一下它们之间的区别。 第三,与代理模式的区别: 代理模式的目的是控制对对象的访问,它在对象外部提供一个代理对象来控制对原对象的访问。代理对象和原始对象通常实现相同的接口或继承相同的类,以确保两者可以相互替换。 装饰器模式的目的是动态增强对象的功能,而这是通过对象内部的包装器来实现的。在装饰器模式中,装饰器类和被装饰对象通常实现相同的接口或继承自相同的类,以确保两者可以相互替代。装饰器模式也被称为封装器模式。 在代理模式中,代理类附加了与原类无关的功能。
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类和对象(上) - 关于面向对象、类定义、访问限定符和指针
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Java 类加载器的作用 - 简介:类加载器是 Java™ 中一个非常重要的概念。类加载器负责将 Java 类的字节码加载到 Java 虚拟机中。本文首先详细介绍了 Java 类加载器的基本概念,包括代理模型、加载类的具体过程和线程上下文类加载器等。然后介绍了如何开发自己的类加载器,最后介绍了类加载器在 Web 容器和 OSGi™ 中的应用。 类加载器是 Java 语言的一项创新,也是 Java 语言广受欢迎的重要原因之一。它允许将 Java 类动态加载到 Java 虚拟机中并执行。类加载器从 JDK 1.0 开始出现,最初是为了满足 Java Applets 的需求而开发的,Java Applets 需要从远程位置下载 Java 类文件并在浏览器中执行。现在,类加载器已广泛应用于网络容器和 OSGi。一般来说,Java 应用程序的开发人员不需要直接与类加载器交互;Java 虚拟机的默认行为足以应对大多数情况。但是,如果遇到需要与类加载器交互的情况,而您又不太了解类加载器的机制,就很容易花费大量时间调试异常,如 ClassNotFoundException 和 NoClassDefFoundError。本文将详细介绍 Java 的类加载器,帮助读者深入理解 Java 语言中的这一重要概念。下面先介绍一些基本概念。 类加载器的基本概念 顾名思义,类加载器用于将 Java 类加载到 Java 虚拟机中。一般来说,Java 虚拟机以如下方式使用 Java 类:Java 源程序(.java 文件)经 Java 编译器编译后转换为 Java 字节代码(.class 文件)。类加载器负责读取 Java 字节代码并将其转换为 java.lang 实例。每个实例都用来表示一个 Java 类。通过该实例的 newInstance 方法创建该类的对象。实际情况可能更加复杂,例如,Java 字节代码可能是由工具动态生成或通过网络下载的。 基本上,所有类加载器都是 java.lang.ClassLoader 类的实例。下面将详细介绍这个 Java 类。 java.lang.ClassLoader 类简介 java.lang.ClassLoader 类的基本职责是根据给定类的名称为其查找或生成相应的字节码,然后根据这些字节码定义一个 Java 类,即 java.lang.Class 类的实例。除此之外,ClassLoader 还负责加载 Java 应用程序所需的资源,如图像文件和配置文件。不过,本文只讨论它加载类的功能。为了履行加载类的职责,ClassLoader 提供了许多方法,其中比较重要的方法如表 1 所示。下文将详细介绍这些方法。 表 1.与加载类相关的 ClassLoader 方法
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Pinshape Pinshape是一个提供一系列3D打印模型的网站。网站上提供的型号质量很高,因此您可以确保您的最终印刷产品看起来很棒。该网站提供了广泛的模型,包括从家居用品到小雕像和珠宝的所有物品。 但这还不是Pinshape所能提供的全部!该网站还允许用户上传和共享自己的3D模型。这意味着您不仅可以下载出色的模型,还可以通过分享自己的设计为社区做出贡献。此外,Pinshape 提供了一系列自定义选项,因此您可以调整和调整模型以满足您的特定需求。 使用说明: 要下载模型,请在网站上创建一个帐户,搜索所需的模型,然后单击下载按钮。该网站还为每种型号提供了一系列定制选项。 36.Yeggi Yeggi 提供了大量免费的 3D 模型,您可以下载各种格式的模型,例如 STL、OBJ 和 FBX。该网站易于使用,您可以按关键字、类别或特定网站搜索模型。 Yeggi 对于任何寻找 3D 模型的人来说都是一个很好的资源。它提供了大量的模型集合,从日常物品到复杂的机械,以及介于两者之间的一切。该网站的收藏量在不断增长,每天都有新的型号增加。 使用说明: 要下载模型,请在网站上搜索所需的模型,然后单击下载按钮。该网站还提供指向托管模型的原始网站的链接。 37. Open3DModel 来自开放3D模型的图像 Open3DModel具有各种类别的模型,包括建筑,车辆和角色。无论您需要建筑物,汽车还是人的3D模型,都可以在此网站上找到。 该网站易于浏览,您可以按类别或关键字搜索模型。每个模型都附带预览图像和详细信息,例如文件格式、大小和多边形数量。此信息可以帮助您选择适合您需求的模型。 使用说明: 要下载模型,请访问网站,从库中选择所需的模型,然后单击下载按钮。 使用最好的 3D 资产管理工具简化您的 3D 制作流程。立即试用它们,将您的 3D 项目提升到一个新的水平! 38. 3DExport 对于那些为其 3D 设计项目寻找 3D 模型、纹理和其他资源的人来说,该平台是一个很好的资源。该网站有大量模型可供选择,包括 3D 打印对象、游戏资产等。用户可以按类别、文件格式或价格范围浏览,以找到适合其项目的完美资源。此外,3DExport 还提供一系列教程和其他 3D 资源,以帮助用户提高技能并创建更令人印象深刻的设计。 使用说明: 要使用 3DExport,只需创建一个帐户并浏览可用型号。您可以按类别、格式和价格进行搜索,以找到所需的型号。找到喜欢的模型后,只需下载它并开始在您的项目中使用它。 39.Blend Swap Blend Swap是一个社区驱动的市场,提供与Blender软件兼容的各种免费3D模型。该平台允许用户共享和下载模型、纹理和其他资产,以便在他们的项目中使用。 使用说明: 创建免费帐户后,您可以浏览社区上传的大量3D模型。当您找到要使用的一个时,只需下载它并将其导入您选择的 3D 软件即可。 40. 3DShook 3DShook 是一个高级 3D 模型市场,提供一系列用于建筑、游戏等各个行业的高质量模型。该平台提供基于订阅的模型,具有不同的定价计划,允许用户访问一系列模型。 使用说明: 注册免费帐户后,只需浏览3D模型库,选择您喜欢的模型,然后以您需要的格式下载它们。 41. Smithsonian X 3D 史密森尼 X 3D 对于正在寻找历史文物和文物的高质量 3D 模型的设计师来说,这是一个独特的资源。该平台提供了大量3D模型,这些模型是根据史密森尼博物馆和研究中心中的真实物体扫描创建的。 使用说明:
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标题:C++ 类和对象(上)------超详细解析,小白必看系列-C++对struct进行升级,把struct升级成了类,有如下标志: 1️⃣:结构体名称可以做类型 2️⃣:里面可以定义函数 代码演示其变化过程: struct ListNode { int val; //C语言定义next只能这样定义 struct ListNode* next; //C++可以这样 ListNode* next; //C++可以定义函数,C只能定义成员 void Print { //…… } }; int main { //C语言不typedef只能这样定义 struct Student s1; //C++可以这样 Student s2; return 0; } C++里面可以访问其成员也可以访问其函数 struct St
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F#探险之旅(二):函数式编程(上)-函数式编程范式简介 F#主要支持三种编程范式:函数式编程(Functional Programming,FP)、命令式编程(Imperative Programming)和面向对象(Object-Oriented,OO)的编程。回顾它们的历史,FP是最早的一种范式,第一种FP语言是IPL,产生于1955年,大约在Fortran一年之前。第二种FP语言是Lisp,产生于1958,早于Cobol一年。Fortan和Cobol都是命令式编程语言,它们在科学和商业领域的迅速成功使得命令式编程在30多年的时间里独领风骚。而产生于1970年代的面向对象编程则不断成熟,至今已是最流行的编程范式。有道是“*代有语言出,各领风骚数十年”。 尽管强大的FP语言(SML,Ocaml,Haskell及Clean等)和类FP语言(APL和Lisp是现实世界中最成功的两个)在1950年代就不断发展,FP仍停留在学院派的“象牙塔”里;而命令式编程和面向对象编程则分别凭着在商业领域和企业级应用的需要占据领先。今天,FP的潜力终被认识——它是用来解决更复杂的问题的(当然更简单的问题也不在话下)。 纯粹的FP将程序看作是接受参数并返回值的函数的集合,它不允许有副作用(side effect,即改变了状态),使用递归而不是循环进行迭代。FP中的函数很像数学中的函数,它们都不改变程序的状态。举个简单的例子,一旦将一个值赋给一个标识符,它就不会改变了,函数不改变参数的值,返回值是全新的值。 FP的数学基础使得它很是优雅,FP的程序看起来往往简洁、漂亮。但它无状态和递归的天性使得它在处理很多通用的编程任务时没有其它的编程范式来得方便。但对F#来说这不是问题,它的优势之一就是融合了多种编程范式,允许开发人员按照需要采用最好的范式。 关于FP的更多内容建议阅读一下这篇文章:Why Functional Programming Matters(中文版)。F#中的函数式编程 从现在开始,我将对F#中FP相关的主要语言结构逐一进行介绍。标识符(Identifier) 在F#中,我们通过标识符给值(value)取名字,这样就可以在后面的程序中引用它。通过关键字let定义标识符,如: let x = 42 这看起来像命令式编程语言中的赋值语句,两者有着关键的不同。在纯粹的FP中,一旦值赋给了标识符就不能改变了,这也是把它称为标识符而非变量(variable)的原因。另外,在某些条件下,我们可以重定义标识符;在F#的命令式编程范式下,在某些条件下标识符的值是可以修改的。 标识符也可用于引用函数,在F#中函数本质上也是值。也就是说,F#中没有真正的函数名和参数名的概念,它们都是标识符。定义函数的方式与定义值是类似的,只是会有额外的标识符表示参数: let add x y = x + y 这里共有三个标识符,add表示函数名,x和y表示它的参数。关键字和保留字关键字是指语言中一些标记,它们被编译器保留作特殊之用。在F#中,不能用作标识符或类型的名称(后面会讨论“定义类型”)。它们是: abstract and as asr assert begin class default delegate do donedowncast downto elif else end exception extern false finally forfun function if in inherit inline interface internal land lazy letlor lsr lxor match member mod module mutable namespace new nullof open or override private public rec return sig static structthen to true try type upcast use val void when while with yield 保留字是指当前还不是关键字,但被F#保留做将来之用。可以用它们来定义标识符或类型名称,但编译器会报告一个警告。如果你在意程序与未来版本编译器的兼容性,最好不要使用。它们是: atomic break checked component const constraint constructor continue eager event external fixed functor global include method mixinobject parallel process protected pure sealed trait virtual volatile 文字值(Literals) 文字值表示常数值,在构建计算代码块时很有用,F#提供了丰富的文字值集。与C#类似,这些文字值包括了常见的字符串、字符、布尔值、整型数、浮点数等,在此不再赘述,详细信息请查看F#手册。 与C#一样,F#中的字符串常量表示也有两种方式。一是常规字符串(regular string),其中可包含转义字符;二是逐字字符串(verbatim string),其中的(")被看作是常规的字符,而两个双引号作为双引号的转义表示。下面这个简单的例子演示了常见的文字常量表示: let message = "Hello World"r"n!" // 常规字符串let dir = @"C:"FS"FP" // 逐字字符串let bytes = "bytes"B // byte 数组let xA = 0xFFy // sbyte, 16进制表示let xB = 0o777un // unsigned native-sized integer,8进制表示let print x = printfn "%A" xlet main = print message; print dir; print bytes; print xA; print xB; main Printf函数通过F#的反射机制和.NET的ToString方法来解析“%A”模式,适用于任何类型的值,也可以通过F#中的print_any和print_to_string函数来完成类似的功能。值和函数(Values and Functions) 在F#中函数也是值,F#处理它们的语法也是类似的。 let n = 10let add a b = a + blet addFour = add 4let result = addFour n printfn "result = %i" result 可以看到定义值n和函数add的语法很类似,只不过add还有两个参数。对于add来说a + b的值自动作为其返回值,也就是说在F#中我们不需要显式地为函数定义返回值。对于函数addFour来说,它定义在add的基础上,它只向add传递了一个参数,这样对于不同的参数addFour将返回不同的值。考虑数学中的函数概念,F(x, y) = x + y,G(y) = F(4, y),实际上G(y) = 4 + y,G也是一个函数,它接收一个参数,这个地方是不是很类似?这种只向函数传递部分参数的特性称为函数的柯里化(curried function)。 当然对某些函数来说,传递部分参数是无意义的,此时需要强制提供所有参数,可是将参数括起来,将它们转换为元组(tuple)。下面的例子将不能编译通过: let sub(a, b) = a - blet subFour = sub 4 必须为sub提供两个参数,如sub(4, 5),这样就很像C#中的方法调用了。 对于这两种方式来说,前者具有更高的灵活性,一般可优先考虑。 如果函数的计算过程中需要定义一些中间值,我们应当将这些行进行缩进: let halfWay a b = let dif = b - a let mid = dif / 2 mid + a 需要注意的是,缩进时要用空格而不是Tab,如果你不想每次都按几次空格键,可以在VS中设置,将Tab字符自动转换为空格;虽然缩进的字符数没有限制,但一般建议用4个空格。而且此时一定要用在文件开头添加#light指令。作用域(Scope)作用域是编程语言中的一个重要的概念,它表示在何处可以访问(使用)一个标识符或类型。所有标识符,不管是函数还是值,其作用域都从其声明处开始,结束自其所处的代码块。对于一个处于最顶层的标识符而言,一旦为其赋值,它的值就不能修改或重定义了。标识符在定义之后才能使用,这意味着在定义过程中不能使用自身的值。 let defineMessage = let message = "Help me" print_endline message // error 对于在函数内部定义的标识符,一般而言,它们的作用域会到函数的结束处。 但可使用let关键字重定义它们,有时这会很有用,对于某些函数来说,计算过程涉及多个中间值,因为值是不可修改的,所以我们就需要定义多个标识符,这就要求我们去维护这些标识符的名称,其实是没必要的,这时可以使用重定义标识符。但这并不同于可以修改标识符的值。你甚至可以修改标识符的类型,但F#仍能确保类型安全。所谓类型安全,其基本意义是F#会避免对值的错误操作,比如我们不能像对待字符串那样对待整数。这个跟C#也是类似的。 let changeType = let x = 1 let x = "change me" let x = x + 1 print_string x 在本例的函数中,第一行和第二行都没问题,第三行就有问题了,在重定义x的时候,赋给它的值是x + 1,而x是字符串,与1相加在F#中是非法的。 另外,如果在嵌套函数中重定义标识符就更有趣了。 let printMessages = let message = "fun value" printfn "%s" message; let innerFun = let message = "inner fun value" printfn "%s" message innerFun printfn "%s" message printMessages 打印结果: fun value inner fun valuefun value 最后一次不是inner fun value,因为在innerFun仅仅将值重新绑定而不是赋值,其有效范围仅仅在innerFun内部。递归(Recursion)递归是编程中的一个极为重要的概念,它表示函数通过自身进行定义,亦即在定义处调用自身。在FP中常用于表达命令式编程的循环。很多人认为使用递归表示的算法要比循环更易理解。 使用rec关键字进行递归函数的定义。看下面的计算阶乘的函数: let rec factorial x = match x with | x when x < 0 -> failwith "value must be greater than or equal to 0" | 0 -> 1 | x -> x * factorial(x - 1) 这里使用了模式匹配(F#的一个很棒的特性),其C#版本为: public static long Factorial(int n) { if (n < 0) { throw new ArgumentOutOfRangeException("value must be greater than or equal to 0"); } if (n == 0) { return 1; } return n * Factorial (n - 1); } 递归在解决阶乘、Fibonacci数列这样的问题时尤为适合。但使用的时候要当心,可能会写出不能终止的递归。匿名函数(Anonymous Function) 定义函数的时候F#提供了第二种方式:使用关键字fun。有时我们没必要给函数起名,这种函数就是所谓的匿名函数,有时称为lambda函数,这也是C#3.0的一个新特性。比如有的函数仅仅作为一个参数传给另一个函数,通常就不需要起名。在后面的“列表”一节中你会看到这样的例子。除了fun,我们还可以使用function关键字定义匿名函数,它们的区别在于后者可以使用模式匹配(本文后面将做介绍)特性。看下面的例子: let x = (fun x y -> x + y) 1 2let x1 = (function x -> function y -> x + y) 1 2let x2 = (function (x, y) -> x + y) (1, 2) 我们可优先考虑fun,因为它更为紧凑,在F#类库中你能看到很多这样的例子。 注意:本文中的代码均在F# 1.9.4.17版本下编写,在F# CTP 1.9.6.0版本下可能不能通过编译。 F#系列随笔索引页面
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全面掌握C++核心语法:面向对象的友元、内部类和局部类,以及强化训练(数组类封装)等知识点。此外,你还将学习运算符重载、仿函数、模板、类型转换、C++标准、错误处理和异常、以及智能指针等内容。