C++新手指南(4):理解类与对象(1)
目录
1.类的引入
2.类的定义
3.类的访问限定符
4.类的作用域
5. 类对象的存储方式
6. this指针
6.1 this指针的引入
6.2 this指针的特性
6.3有意思的面试题
1.类的引入
C语言struct 结构体中只能定义变量,而C++中可以定义函数。
struct Date
{
void Init(int year = 2023, int month = 12, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int _year;
int _month;
int _day;
};
就像这样一个日期结构体,可以在内部定义函数,这就是一个类。在C++中,更喜欢用class来定义类。
2.类的定义
class className //指定想要的类的名字
{
// 类体:由成员函数和成员变量组成
}; // 一定要注意后面的分号
这 就是类的定义方式。类体中内容称为类的成员:类中的变量称为类的属性或成员变量; 类中的函数称为类的方法或者成员函数。
类中的函数有两种定义方式
1.直接在类中定义函数,但需要注意,这样编译器可能将该函数视为内联函数。
2.类中函数声明,在类外定义函数。在类外定义函数需要注意成员函数名前加上类名。
struct Date
{
void Init(int year = 2023, int month = 12, int day = 1);
int _year;
int _month;
int _day;
};
//注意成员函数名前加上类名
void Date::Init(int year = 2023, int month = 12, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
3.类的访问限定符
访问限定符会对访问类进行的操作进行限制,有三个访问限定符:public(公有)、private(私有)、protected(保护)
具体用法如下
class Date
{
public:
void Init(int year = 2023, int month = 12, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
这样外部只能访问Init这个成员函数而不能访问到类中的三个成员变量。 目前可以认为private和protected区别不大。
需要注意的是,class默认访问权限是private,而struct默认访问权限是public(为了兼容C),
访问限定符的作用范围是到下一个访问限定符或 } 为止。
访问限定符的出现是为了更好的管理,C语言中的结构体访问过于宽松*以至于可能会造成一些意想不到的bug。而C++中的类可以限制对类对象的访问,这样更加安全。
4.类的作用域
类会有一个新的作用域,在外部定义类成员时,需要指定类名。
5. 类对象的存储方式
类对象中成员变量是存储在类对象中的,而会多次被调用的成员函数,并不会存储在类对象中,否则定义多个类对象会造成较大的空间浪费,因为每个类对象中都存储有同一个函数地址,这显然是不合理的,会造成很大的浪费。
class Date
{
public:
void Init(int year = 2023, int month = 12, int day = 1);
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void Date::Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
int main()
{
Date d;
d.Init();
cout << sizeof(d) << endl;
return 0;
}
运行这段代码会发现结果是12,这说明成员函数并不存在类对象中。
成员函数被存放在公共的代码段。
这里注意一下,类的大小计算方式和结构体对齐规则相同,并且空类大小为1,不是0。
6. this指针
6.1 this指针的引入
class Date
{
public:
void Init(int year = 2023, int month = 12, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
先看这个类,我们在调用成员函数时是这样调用的
int main()
{
Date d1;
d1.Init();
Date d2;
d2.Init();
return 0;
}
我们传参时并没有传入给哪个对象调用这个函数的信息。举个例子来理解一下。
C语言中要实现Date 类中的这个Init函数功能,一定会是这样的一个函数
void Init(struct Date* pd, int year, int month, int day);
总之一定会把对哪个对象调用函数的有关信息给写入形参列表,这个信息可能是那个对象的地址,
这样才能确定对哪个对象调用函数。
而C++中的成员函数都存放在公共的代码段,其中并没有任何关于对象的信息,如何确定对哪个对象操作呢?
实际上,C++在这里跟C语言的处理手法是一样的,同样传入了一个地址,用一个指针变量来接收,这样函数就能知道对哪个对象进行操作了。
6.2 this指针的特性
this指针类型:类类型* const ,对Date类来说,this指针类型就是Date* const,这意味着,this指针的值,是不能修改的。
this指针只能在成员函数内部使用。
this指针本质是成员函数的形参,是成员函数的一部分,是不会存在对象内部的。
this是由编译器自动传递的,不需要用户自己手动传递。
6.3有意思的面试题
// 1.下面程序编译运行结果是? A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:
void Print()
{
cout << "Print()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}
相信一般都会认为会运行崩溃吧,但是实际结果既出人意料又在情理之中。结果是A。
根据上面对this指针的讲解,我们可以理解其实这里的p只是会传给Print作为形参,而Print函数中没有对p作解引用操作,因此自然不会崩溃,而是正常运行。
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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