C++笔记：类和对象(一)-＞封装

类和对象

认识类和对象

先来回忆一下C语言中的类型和变量，类型就像是定义了数据的规则，而变量则是根据这些规则来实际存储数据的容器。类是我们自己定义的一种数据类型，而对象则是这种数据类型的一个具体实例。类就可以理解为类型，而对象就可以理解为变量，而且对象是更加高级的变量。

类型 = 类型数据 + 类型操作

比如double类型

他的数据类型占用8字节，并且可以表示成小数。

类型操作可以加减乘除，但是它不支持模(%)运算。

那么类就是包含了类型数据和类型操作的一个集合。

也可以理解为数据就是类的属性，操作就是类的行为

通过下面我定义的一个人的类，那么height,sex, age都是这个类的类型数据，而类型操作就是函数run和函数speak。

class People {
    double height;//身高
    char sex;//性别
    int age;//年龄
    string name;//姓名
    void run() {//跑
        cout << "I can run" << endl;
    }
    void speak() {//说话
        cout << "I can speak" << endl;
    }
};

那么我需要一个特定的人的时候，我就需要定义一个对象用来存这个特定人的属性。

下面的用类定义一个对象，并且对他的属性进行赋值。

People a;
a.name = "Zhang san";
a.age = 18;
a.sex = '1';//女0，男1
a.height = 1.89;

而我需要这个人进行说话或者跑时，就需要调用他相应的操作，也就是函数。

a.run();
a.speak();

访问权限

public：是公共的资源，是谁都可以访问的资源，比如空气，阳光，公共场合都是谁都可以访问进行使用的。

private：是私有的资源，是只能类自己进行访问的资源，比如每个人自己的私人物品，是只能自己使用和访问的。

protected：是受保护的资源，是只能自己访问以及自己的子类访问的资源，比如你儿子可以使用你的东西。(在后续文章继承时会用到protected权限)

friendly：是在关键字friend声明后，它允许被声明后的类或函数访问这一个类的私有或受保护的资源，比如你的好兄弟在你的允许下可以访问和使用你的私人物品。(在后续的文章中会更新到使用)

重点：这里的访问权限是规定的类外对该类类内的访问权限。

比如我在一个类中定义了一个访问权限为私有的方法，那么我只能在这个类的内部进行调用，在类外是无法调用的，除非我对这个方向进行了friend友元声明。

对于为什么要为什么要有访问权限的设置，看如下代码：

#include<iostream>
using namespace std;


class People {
public :
int age;
    void speak() {
        cout << "my age is "<< age << endl;
        return ;
    }
};


int main() {
    People a;
    a.age = -100;
    a.speak();
    return 0;
}

如果对于age是public公有访问的，那么在设置年龄的将不会受到限制，对于这份代码可能没有问题，如果在以后设计项目或者工程时，就会造成灾难性的错误。

那么正确的写法应该如下，把age设置为私有的，对age赋值时，定义一个函数来进行对age赋值，并判断值是否在正确范围内，对于获取age值也定义一个函数进行来获取。

#include<iostream>
using namespace std;


class People {
public :
    void speak() {
        cout << "my age is "<< age << endl;
        return ;
    }
    void set_age(int x) {
        if (age <= 0 || age > 1000) {
            perror("your age is error\n");
            exit(1);
        }
        age = x;
        return ;
    }
    int get_age() {
        return age;
    }
private :
    int age;
};


int main() {
    People a;
    a.set_age(-100);
    a.speak();
    return 0;
}

构造函数和析构函数

定义一个对象的流程：

对于构造函数的详细解析如下代码：

#include<iostream>
using namespace std;

class A {
public :
    A() {//默认构造函数
        cout << "default constructor" << endl;
    }
    //如果这里没有const关键字,传入的对象是const声明的那么就会报错
    //如果没有&(引用),那么将会造成无限套娃的拷贝构造
    //假如这里没有&，那么这里的形参就相当于实参给他赋值
    //而赋值就是 A a = b, b是实参传入的值
    //那这里就会又调用构造函数,形成无限套娃
    A(const A &a) {
        this->x = a.x;
        this->y = a.y;
        cout << "copy constructor" << endl;
    }
    A(int x, int y) {//有参构造函数
        cout << "have parameter constructor" << endl;
        this->x = x;//this表示当前对象的地址
        this->y = y;
    }
    void operator=(const A &a) {//这个函数是=运算符重载，是类中默认有的
        cout << "this is assigment"  << endl;
        return ;
    }
    A(int x) {//转换构造函数
        cout << "conversion constructor" << endl;
        this->x = x;
        this->y = 0;
    }
    void output() {
        cout << "(" << x << ", " << y << ")" << endl;
    }
    ~A() {//析构函数
        cout << "destructor" << endl;
    }
private :
    int x, y;
};


void func(A a) {
    cout << "func : ";
    a.output();
    return ;
}


int main() {
    A a;//调用默认构造函数
    cout << "1-------------------------" << endl;
    A b(1, 2);//调用有参构造
    cout << "2-------------------------" << endl;
    //这里就调用了拷贝构造函数
    A e = b;
    cout << "3-------------------------" << endl;
    //这里只是运用了普通赋值运算符
    //通过执行会发现没有执行任何构造函数
    a = b;
    cout << "4-------------------------" << endl;
    //调用转换构造，将int类型转换为A类型
    //这里也可以是另一个类型的对象，那也是转换构造
    //不过还需要从新定义一个需要转换构造的函数,里面的参数就是对应的类型
    A c(3);
    cout << "5-------------------------" << endl;
    //这里调用的是拷贝构造函数，将对象b进行拷贝给函数形参a
    func(b);
    func(c);
    cout << "6-------------------------" << endl;
    //对于这中函数调用情况
    //这里就会用到转换构造
    //他会隐式的将int类型5通过转换构造转会为A类型
    func(5);
    cout << "7-------------------------" << endl;
    //这里相当于A d(4);
    //这里可以这样理解
    //等号类型相同编程才能通过
    //那么4，int类型就会通过转换构造变成A类型
    //如果没有转换构造那么就编译无法通过
    A d = 4;
    a = 6;
    cout << "8-------------------------" << endl;
    return 0;
}

构造函数的初始化列表

构造函数中的初始列表使用：

#include<iostream>
using namespace std;

class C {
public:
    C(int n) {
        this->num = n;
        cout << "C coversion constructor" << endl;
    }
    void output() {
        cout << num;
    }
private :
    int num;
};

class A {
public :
    //:后面是构造函数的初始化列表
    A(int a) : a(a), b(10), c(6) {
        cout << "A constructor" << endl;
    }
    void output() {
        cout << " " <<a << " " << b << " ";
        c.output();
        cout << endl;
        return ;
    }
private :
    int a, b;
    C c;
};


int main() {
    A a(2);
    a.output();
    return 0;
}

构造函数和析构函数的调用顺序

如下这份代码：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;


class A {
public :
    A() {};
    A(string n)  {
        name = n;
        cout << name << " class A construtor" << endl;
    }
    ~A() {
        cout << name << " class A destructor" << endl;
    }
int *p;
private :
    string name;
};

class B {
public :
    //:a(a)
    //:后面是构造函数时，最该对象中的成员属性进行初始化操作
    B(string n, A &a) : a(a){
        name = n;
        cout << name << " class B construtor" << endl;
        //new关键字可以理解为，C语言中malloc去堆区中开辟一段空间
        a.p = new int[10];
        return ;
    }
    A &a;//创建一个引用属性，这里&a可以暂时理解为取a的地址
    ~B() {
        //delete就相当于C语言中的free对开辟空间的释放
        delete a.p;
        cout << name << " class B destructor" << endl;
    }
private :
    string name;
};


int main() {
    A a("a");
    B b("b", a);
    return 0;
}

执行结果：

可以发现，析构顺序是构造顺序反过来的，通过代码可以发现在B中的有参构造中用到了a对象的引用，然后对a对象的p指针开辟了一段空间，如果析构时顺序和构造顺序一样的那么，在析构b对象时，去delete a.p去释放开辟的空间时，a对象已经被析构掉了，那就也无法去找a对象中的指针p了。

类属性与方法

对于上面的代码的类中，它们只有成员属性和成员方法。

就拿文章中的第一份代码来看，对于属性，也就是类中的变量，他所存储的值是跟着对象改变而改变的，而类中的两个方法(函数)，也是随着对象改变而改变的，因为它们的输出也是不同的。所以这些叫做成员属性和成员方法。

class People {
    double height;//身高
    char sex;//性别
    int age;//年龄
    string name;//姓名
    void run() {//跑
        cout << name << " can run" << endl;
    }
    void speak() {//说话
        cout << name << " can speak" << endl;
    }
};

下面这份代码是对成员属性和成员方法的使用：

#include<iostream>
using namespace std;


class Point {
    public :

    Point() : x(0), y(0) {} //默认构造
    //区分x和y
    //在x(x),括号外是成员属性x,括号内是形参x
    Point(int x, int y) : x(x), y(y) {} //有参构造
    void set_x (int x) { this->x = x; }
    void set_y (int y) { this->y = y; }
    int get_x() { 
        //访问类中的类属性
        Point::get_x_cnt += 1;
        return this->x; 
    }
    int get_y() { return this->y; }
    //这里是直接定义了类方法
    static int x_cnt() {
        return Point::get_x_cnt;
    }
    private :
    //这里只是声明了这个变量
    //get_x_cnt,记录变量x在被get时,在整个程序执行时被调用了多少次
    static int get_x_cnt;
    int x, y;
};

//这里就是定义了get_x_cnt, 并且给他的值进行了初始化
int Point::get_x_cnt = 0;



int main() {
    Point p1(3, 4), p2(5, 6);
    cout << p1.get_x() << ", " << p1.get_y() << endl;
    cout << p2.get_x() << ", " << p2.get_y() << endl;
    p1.get_x();
    p1.get_x();
    p1.get_x();
    cout << "x_cnt : " << Point::x_cnt() << endl;
    return 0;
}

const 方法

对于const和mutable关键字使用，对于上一份代码的修改：

#include<iostream>
using namespace std;


class Point {
    public :
    Point() : x(0), y(0) , get_x_cnt(0){} //默认构造
    Point(int x, int y) : x(x), y(y), get_x_cnt(0) {} //有参构造
    void set_x (int x) { this->x = x; }
    void set_y (int y) { this->y = y; }
    int get_x() const { //修改处
        get_x_cnt += 1;
        return this->x; 
    }
    int get_y() const { return this->y; }//修改处
    int x_cnt() const {//修改处
        return get_x_cnt;
    }
    private :
    //现在get_x_cnt，表示当前对象对get_x函数的调用次数
    //mutable关键字表示不收const关键之的限制
    //所以就算有const关键字，那么mutable声明的变量也可以进行修改
    mutable int get_x_cnt;
    int x, y;
};




int main() {
    const Point p(10, 15), p2(1, 2);
    cout << p.get_x() << ", " << p.get_y() << endl;
    p2.get_x();
    p2.get_x();
    cout << "p1 : get_x_cnt = " << p.x_cnt() << endl;
    cout << "p2 : get_x_cnt = " << p2.x_cnt() << endl;
    return 0;
}

类的声明和定义

还是对类属性和类方法的那份代码进行修改：

#include<iostream>
using namespace std;

//在类中只放方法的声明
class Point {
    public :
    Point();
    Point(int x, int y);
    void set_x (int x);
    void set_y (int y);
    int get_x() const;
    int get_y() const;
    static int x_cnt();
    private :
    static int get_x_cnt;
    int x, y;
};

//对于类中的方法进行实现
//那么就可以将这两部分拆开
//定义放在源文件中，声明放在头文件中
Point::Point() : x(0), y(0) {}
Point::Point(int x, int y) : x(x), y(y) {}
void Point::set_x(int x) {
    this->x = x; 
}

void Point::set_y(int y) {
    this->y = y; 
}

int Point::get_x() const{
    Point::get_x_cnt += 1;
    return x; 
}

int Point::get_y() const{
    return y;
}

int Point::x_cnt() {
    return Point::get_x_cnt; 
}

int Point::get_x_cnt = 0;

int main() {
    Point p1(3, 4), p2(5, 6);
    cout << p1.get_x() << ", " << p1.get_y() << endl;
    cout << p2.get_x() << ", " << p2.get_y() << endl;
    p1.get_x();
    p1.get_x();
    p1.get_x();
    cout << "x_cnt : " << Point::x_cnt() << endl;
    return 0;
}

default和delete关键字

delete和default关键字引用代码：

#include<iostream>
using namespace std;

class A {
public :
    //A() = delete;
    A() {
        cout << "default constructor" << endl;
    }
    A(int n) : x(n) {
        cout << "conversion constructor" << endl;
    }
    A(const A &) {
        cout << "copy constructor" << endl;
    }
private :
    int x;
};

class B {
public :
    B() = default;
    B(const B&) = default;
private :
    A a1, a2, a3;
};

class C {
public :
    C() = default;
    //C(const C&) {}//这种情况叫撒比构造
    C(const C&) = default;
private :
    A a1, a2, a3;
};

class Point {
public :
    Point() = default;//请求编译器生成默认构造函数
    Point(int x, int y) : x(x), y(y) , p(new int(5)), a(1){}
    //Point(const Point &) = delete;//删除编译器的拷贝构造函数
    //Point(const Point &) = default;//拷贝函数生成默认行为,在使用这个拷贝构造函数时就会造成双重释放的报错
    //这就是深拷贝
    Point(const Point &a) : x(a.x + 1), y(a.y + 2), a(a.a){
        //如果这里成员属性a直接用这样去赋值拷贝
        //那么成员属性a就会使用A类的默认构造函数进行构造
        //而A类的默认构造函数已经被删除了，那么就会报错
        //this->a = a.a;
        this->p = new int;
        *(this->p) = *(a.p);
    }
    ~Point() {
        delete p;
    }
private :
    A a;
    int *p;
    int x, y;
};


int main() {
    Point p1(1, 2), p2 = p1;
    return 0;
}

对象和引用

代码演示：

#include<iostream>
using namespace std;

class A {
public :
    A() = default;
    A(const A&) = default;
private :

};

class B {
public :
    B(A &a) : a(a) {}
private :
    A &a;
};

class C {
public :
    C()  = default;
    C(const C &) = default;
    static void destroy(C *c) {
        delete c; 
        return ;
    }
private :
    ~C() {}
};

int main() {
    A a;
    B b(a);
    C *c = new C();
    C::destroy(c);
    return 0;
}

返回值优化

先回顾一下一个对象是如何进行创建的：

如下代码：

#include<iostream>
using namespace std;

class A {
public :
    A() {
        cout << this << " default constructor" << endl;
    }
    A(const A &) {
        cout << this << " copy constructor" << endl;
    }
    string s;
};

A func() {
    //这里创建temp调用了默认构造
    A temp;
    cout << "temp = " << &temp << endl;
    temp.s = "hello func";
    //return这里会有一个匿名对象
    //然后temp会通过拷贝构造拷贝给这个匿名对象
    return temp;
}

int main() {
    //然后这里的a通过拷贝构造，拷贝这个匿名对象
    //那么创建a对象最终会调用
    //一次默认构造，两次拷贝构造对吧
    A a = func();
    cout << "a = " << &a << endl;
    return 0;
}

执行结果：

会发现结果只调用了一次默认构造，也就是在调用func函数时创建temp进行调用的默认构造，这就就是编译器进行了返回值优化，可以看到对象a的地址和对象的temp的地址一摸一样都没变，说明中间的这些拷贝过程就是浪费资源。

那么我在编译时关闭了，返回值优化，再看结果

和我对于代码的分析是一样的。

总结：

对于上面的内容，只是我们在程序设计时需要掌握的知识点，应为没有掌握这些知识点，你也无法去实现你对应思想的代码。

最后来说一下封装，这篇文章最主要的内容就是封装一个类，在下一篇文章C++类中的重载也是封装的一部分。而封装是什么，在设计代码的过程中，我们回去思考一个类他应该有什么属性，什么行为，然后我们就可以将这些属性和行为封装成为一个类。对象是在程序运行中主要的逻辑，而类就是用来将对象进行分类的。不同的对象对于不同的类，就有不同的属性和行为，而这种代码设计逻辑就是封装。

总的来说对于封装，可以理解为现实世界中的人和其他物种，我们具体的每个人就是对象，而人就想当于类，而类就去定义了我们的属性和行为，而不同的人有不同的行为和属性，那就是对象。人类就相当于封装了我们的属性和行为。所以在设计一个类去封装时我们需要考虑的就是他有什么属性，什么行为。

下个内容：C++笔记：C++中的重载