[C++] const 成员函数

news2024/10/7 6:45:28

标题：[C++] this指针 & const 成员函数

@水墨不写bug

正文开始：

（一）Cpp的面向对象编程

（二）this指针

（三）const修饰的成员函数

在正式讲解const修饰成员函数之前，我们先要深入了解几个概念：

（一）Cpp的面向对象编程

面向对象编程（Object-Oriented Programming，简称OOP）是一种编程范例，它通过将数据和操作数据的方法封装在一起，组成对象，以实现程序的设计和编写。

在C++中，面向对象编程主要包含以下几个概念和特性：

类（Class）：类是面向对象编程的基础，它是一个抽象数据类型，类似于一个模板。它定义了一组属性（成员变量）和操作（成员函数），用于创建对象。类可以看作是对象的模板。

对象（Object）：对象是类的实例化（模板印出来的模子），它是具体的数据实体，具有类定义的属性和行为。对象可以调用类中定义的成员函数来改变其属性或执行一定的操作。

封装（Encapsulation）：封装是将数据和对数据的操作封装在一起，形成一个类。通过封装，类隐藏了内部的实现细节，只提供一些公共接口（成员函数）来与外部进行交互，从而实现了数据的保护和控制。

继承（Inheritance）：继承是一种创建新类的机制，它允许一个类（子类）继承另一个类（父类）的属性和行为。子类可以继承父类的公共接口，并可以进行扩展或修改。继承可以有效地复用代码，并形成类的层次结构。

多态（Polymorphism）：多态是指不同对象对同一消息（方法）作出不同的响应。通过多态，可以在父类的引用或指针中使用子类的对象，实现动态绑定，提高代码的灵活性和可扩展性。

通过使用类、对象、封装、继承和多态等特性，面向对象编程可以更好地组织和管理代码，使程序的设计更加清晰和易于维护。

只讲概念很抽象，下面是一个具体的实例Date类：


class Date
{
public:

	friend ostream& operator<<(ostream& out, const Date d)
    {
	    out << d._year << " " << d._month << " " << d._day;
	    out << endl;
	    return out;
    }
    
    // 获取某年某月的天数
    inline int GetMonthDay(int year, int month)
    {
	    assert(month >= 1 && month <= 12);
	    static int _month[13] = { 0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31 };
	    //如果进入if说明是闰年并且是二月
	    if (month == 2 && ( (year % 4 == 0) && (year % 100 != 0) ) || (year % 400 == 0))
	    {
		    return 29;
	    }
	    else
		    return _month[month];
    }

	// 日期+=天数
	Date& operator+=(int day)
    {
	    if (day < 0)
	    {
	    	(*this) -= (-day);
	    }
	    else
	    {
		    _day += day;
		    while (_day > GetMonthDay(_year, _month))
		    {
			    _day -= GetMonthDay(_year, _month);
			    ++_month;
			    if (_month == 13)
			    {
				    ++_year;
				    _month = 1;
			    }
		    }
	    }
	    return *this;
    }

	// 前置++
	Date& operator++()
    {
	    *this += 1;
	    return *this;
    }

private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

对于这个类，我们可以实例化对象，并且调用对象的成员函数（具体功能）：


int main()
{
	Date d1(2024, 5, 9);
    Date d2(2024,6,6);

	d1.operator++();
	cout << d1;

	return 0;
}

实例化一个对象d1，我们是直接通过 “d1.函数名” 来调用成员函数的，我们没有在函数中传递任何参数，但是编译器是如何知道是对d1进行操作，而不是对d2进行操作？

其实，这就涉及到this指针的问题：

（二）this指针

        C++中通过引入this指针解决该问题，即：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：类的类型* const，即成员函数中，this的指向不能被改变。
        2. 只能在“成员函数”的内部使用。
        3. this指针本质上是“成员函数”的形参之一，但是是一个被隐藏了的形参。当对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参。所以对象中不存储this指针。
        4. this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户传递。

（三）const修饰的成员函数

在实现日期类的过程中，我们也许会创建一些只需参照，而不能改变的日期，例如国庆节的日期，暑假的日期等等。

//只读的国庆节日期对象
const Date National_day(2024,10,1);

//只读的暑假日期对象
const Date Summer_vacation(2024,6,20);

但是当我们用这些实例化的对象之后，发现了一些问题：

一些函数是无法正常调用的！

为什么？

本质是因为权限的放大.导致编译器的函数匹配错误。

以Date类为例其实，Date类实例化的对象调用的成员函数的this指针的类型是：
Date* const this = ...
我们创建的const的参照日期对象的类型是：
const Date* const this = ...
当我们用const修饰的实例化的对象调用普通的成员函数时，由于const修饰的对象是无法修改的，但是传递给普通的成员函数的普通this指针之后，会发现this指针并没有限制*this不能被修改！

这就是典型的权限的放大问题。解决方法是采用Cpp规定的一个语法：