在本章中，我们继续关注主要的程序设计工具——C++语言。本章主要介绍与用户自定义类型（即类和枚举）相关的语言技术细节。这些语言特性大部分是以逐步改进一个Date类型的方式来介绍的。采用这种方式，我们还可以顺便介绍一些有用的类设计技术。

9.1 用户自定义类型

C++语言提供了一些内置类型(built-in type)，例如char、int和double。对于一个类型，如果编译器无须借助程序员在源代码中提供的声明就知道如何表示这种类型的对象以及可以对它进行什么样的运算（例如+和*），则称这种类型是内置的。

非内置的类型称为用户自定义类型(user-defined type, UDT)。用户自定义类型可以是标准库类型，如string、vector、ostream；也可以是我们为自己创建的类型，如Token、Token_stream。与内置类型一样，大多数用户自定义类型提供运算。例如，vector有[]和size()，ostream有<<，Token_stream有get()，Shape有add()和set_color()（见14.2节）。

编译器不可能知道我们想在程序中使用的所有类型，因此我们需要自己创建类型。这些类型带来的帮助体现在两个方面：

• 表示(representation)：类型“知道”如何表示对象需要的数据
• 运算(operation)：类型“知道”可以对对象进行什么运算

很多想法都遵循这种模式：“某个东西”有一些数据表示当前状态（值），和一组可以进行的操作（运算）（LY：抽象数据类型(ADT) = 数学模型 + 操作）。例如：计算机文件、网页、烤面包机、音乐播放器、咖啡杯、汽车引擎、手机、电话号码簿——这些都可以用一些数据描述，并且或多或少支持一组固定的标准操作，操作的结果依赖于对象的数据（“当前状态”）。

我们希望在代码中将这样一个“想法”或“概念”表示为一个数据结构加上一组函数。在C++中可以通过用户自定义类型来实现。

C++提供了两种用户自定义类型：类和枚举。

9.2 类和成员

类(class)是一个用户自定义类型，由数据成员(data member)（可以是内置类型或其他用户自定义类型）、成员函数(member function)和成员类型(member type)组成，这些用来定义类的组成部分统称为成员(member)。例如：

class X {
public:
    int m;  // data member

    // function member
    int mf(int v) {
        int old = m;
        m = v;
        return old;
    }
};

注意：不要漏掉结尾的分号！

数据成员定义了类对象的表示方法，成员函数提供了对象的运算（操作）。可以使用符号 对象.成员 来访问成员。例如：

X var;              // var is a variable of type X
var.m = 7;          // assign to var's data member m
int x = var.mf(9);  // call var's member function mf()

数据成员可以像普通变量一样读写，成员函数可以像普通函数一样调用。

在成员函数中，成员名称指的是成员函数被调用的那个对象中的成员。因此，调用var.mf(9)时，mf()定义中的m指的是var.m。

9.3 接口和实现

我们通常把类看作一个接口(interface)加一个实现(implementation)。接口是类的用户直接访问的部分，实现是用户通过接口间接访问的部分。公共接口使用标签public:标识，实现使用标签private:标识。可以像这样理解类声明：

class X {  // this class's name is X
public:
    // public members:
    //     – the interface to users (accessible by all)
    // functions
    // types
    // data (often best kept private)
private:
    // private members:
    //     – the implementation details (used by members of this class only)
    // functions
    // types
    // data
};

类成员默认是私有的。用户（类外部的代码）不能直接访问私有成员，必须通过使用它的公有函数来访问。

注：成员访问限制是针对类，而不是针对类的不同对象。 因此在一个类的成员函数中既可以访问当前对象的私有成员，也可以访问同类型其他对象的私有成员。

例如：

class X {
    int m;
    int mf(int);
public:
    int f(int i) { m = i; return mf(i); }
    int g(X x) { return m + x.m; }  // OK
};

X x;
int y = x.mf();  // error: mf is private (i.e., inaccessible)
int z = x.f(2);  // OK

我们使用public和private来表示接口（用户视角的类）和实现细节（实现者视角的类）之间的重要区别。对于单纯的数据，这种区别没有意义。因此，对于没有私有实现细节的类，C++提供了一种简化的语法：结构体(struct)。结构体就是成员默认为公有的类：

struct X {
    int m;
    int mf(int);
};

意味着

class X {
public:
    int m;
    int mf(int);
};

结构体主要用于成员可以取任意值的数据结构，即我们不能定义任何有意义的不变式（见9.4.3节）。

9.4 演化一个类

下面通过展示如何以及为什么将一个简单的数据结构逐步演化为一个具有私有实现细节和运算的类，来解释支持类的语言功能和使用类的基本技术。这里使用一个看似微不足道的问题：如何在程序中表示日期（例如1954年8月14日）。

9.4.1 结构体和函数

如何表示一个日期？最简单的方式是使用年、月、日。第一次尝试是使用一个简单的struct：

// simple Date (too simple?)
struct Date {
    int y;  // year
    int m;  // month in year
    int d;  // day of month
};

Date today{2005, 12, 24};

一个Date对象就是三个int（没有隐藏的“魔法”）：

对于这个版本的Date，我们可以访问其对象的成员并任意读写，因此可以对它做任何操作。也正因为这样，任何操作都不方便，也容易出错。例如：

// print today: tedious
cout << today.y << '-' << today.m << '-' << today.d << endl;

// invalid date
today.y = –3;
today.m = 13;
today.d = 32;

9.4.2 成员函数和构造函数

9.4.3 保持细节私有性

9.4.4 定义成员函数

9.4.5 引用当前对象

9.4.6 报告错误

9.5 枚举

9.6 运算符重载

9.7 类接口

9.7.1 参数类型

9.7.2 拷贝

9.7.3 默认构造函数

9.7.4 const成员函数

9.7.5 成员和“辅助函数”

9.8 Date类