C++ Primer 第7章 类 - 上（零基础学习C++，精简学习笔记）

news2025/3/1 16:08:57

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🤖 作者简介：努力的clz ，一个努力编程的菜鸟 🐣🐤🐥
 
👀 文章专栏：C++ Primer 学习笔记
 
📔专栏简介： 本专栏是博主学习 C++ Primer 的学习笔记，因为这本书内容超级多，所以博主将其中的 重点 概括提炼出来，于是有了这个专栏的诞生。
 
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第7章 类 (上)

关于 类的思想与定义 会专门出一期博文来好好聊一聊。
 
对于初学者来说，这个很重要，要好好理解类的基本思想：数据抽象、封装 。

 

7.1 定义抽象数据类型

本节将围绕 Sales_data 这个例子，展开介绍类的入门知识。直接通过代码去理解书中繁琐的文字描述，节约读者学习时间。

 

7.1.1 设计 Sales_data 类

跳过，直接看 改进的 Sales_data 类

 

7.1.2 定义改进的 Sales_data 类

#include <iostream>
#include <string>

using std::istream;
using std::ostream;
using std::string;

// todo 销售数据类
struct Sales_data
{
    string bookNo;           // 书号
    unsigned units_sold = 0; // 销量
    double revenue = 0.0;    // 总销售收入

    /**
     * @brief 返回书的编号
     *
     * @return string
     */
    string isbn() const
    {
        return this->bookNo;
    }

    /**
     * @brief 合并书的销售数据
     *
     * @return Sales_data&
     */
    Sales_data &combine(const Sales_data &);

    /**
     * @brief 返回售出书籍的平均价格
     *
     * @return double
     */
    double avg_price() const;
};

// Sales_data的非成员接口函数
Sales_data add(const Sales_data &, const Sales_data &);
ostream &print(ostream &, const Sales_data &);
istream &read(istream &, Sales_data &);

 

1. 定义成员函数

类的成员 (变量、函数) 都必须定义在类里面，但成员函数体可以在类里面，也可以在类外面；

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2. 引入 this

this 表示 “这个”，也就是所在位置的类对象，成员函数通过 this 隐式参数来访问调用它的对象。
 
this 是隐式定义的。我们只需要知道不可以把 变量或函数参数 命名为 this 即可。
 
this 是一个常量指针，不能改变 this 中保持的地址。

在这里插入图片描述

 

3. 引入 const 成员函数

如下图 isbn() ，在参数列表后添加 const 关键字；这类成员函数称为 常量成员函数 ，表明其不被允许修改类的数据成员。
 
换句话来说，常量成员函数 可以读取变量的值，不能修改变量的值。

在这里插入图片描述

 

4. 类作用域和成员函数

类本身就是一个作用域，成员函数可以随意使用类中的成员，不管它在类中的哪个位置定义（函数前、后都可以）；
 
编译器分两步处理类：

  1. 编译成员的声明；
  2. 编译成员函数体。

在这里插入图片描述

 

5. 在类的外部定义成员函数

类外定义成员函数需要注意的点：

  • 返回类型、参数列表和函数名要和类内的声明一致；
  • 若成员被声明为常量成员函数，类外定义也得加上 const；
     

注意看：Sales_data::avg_price() 表示告诉编译器 avg_price()函数 被声明在类 Sales_data 的作用域内。

/**
 * @brief 返回售出书籍的平均价格
 *
 * @return double
 */
double Sales_data::avg_price() const
{
    if (units_sold)
    {
        return revenue / units_sold; // ! avg_price 使用revenue、units_sold时，实际是隐式地使用 Sales_data 的成员变量。
    }
    else
    {
        return 0;
    }
}

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6. 定义一个返回 this 对象的函数

combine 函数 必须返回引用类型，也就是 Sales_data& ；
 
return 语句 解引用 this 指针 以获得执行该函数的对象。

/**
 * @brief 合并书的销售数据
 *
 * @param rhs
 * @return Sales_data&
 */
Sales_data &Sales_data::combine(const Sales_data &rhs)
{
    units_sold += rhs.units_sold; // 把rhs的成员加到this对象的成员上
    revenue += rhs.revenue;
    return *this; // 返回调用该函数的对象
}

 

7.1.3 定义类相关的非成员函数

实现 read、print 函数 ，需要注意两点：

  • read、print 分别接受一个各自 IO类型的引用作为参数。因为IO类不能被拷贝，只能通过引用来传递它们。
    (“ 拷贝” 现阶段先理解为时用它来给其它变量赋值)
  • print 函数 不负责换行。这个是编码规范(可以不遵守)，执行输出任务的函数要求尽可能减少对格式的控制。
/**
 * @brief 从给定流中将数据读到给定得对象里
 *
 * @param is
 * @param item
 * @return istream&
 */
istream &read(istream &is, Sales_data &item)
{
    double price = 0;
    is >> item.bookNo >> item.units_sold >> price;
    item.revenue = price * item.units_sold;
    return is;
}

/**
 * @brief 负责将给定对象的内容打印到给定的流中
 *
 * @param os
 * @param item
 * @return ostream&
 */
ostream &print(ostream &os, const Sales_data &item)
{
    os << item.isbn() << " " << item.units_sold << " "
       << item.revenue << " " << item.avg_price();
    return os;
}

 

定义 add 函数

add() 函数 ，求两个Sales_data对象的和。

/**
 * @brief 求两个Sales_data对象的和
 *
 * @param lhs Sales_data对象
 * @param rhs Sales_data对象
 * @return Sales_data
 */
Sales_data add(const Sales_data &lhs, const Sales_data &rhs)
{
    Sales_data sum = lhs; // 把lhs的数据成员拷贝给sum
    sum.combine(rhs);     // 把rhs的数据成员加到sum当中
    return sum;
}

 

7.1.4 构造函数

构造函数 负责初始化类对象的数据成员，具有如下几个特点：

  • 构造函数 的名字和类相同；
  • 构造函数 没有返回类型；
  • 构造函数 参数列表、函数体可以有也可以为空；
  • 构造函数 不能被声明为 const 。
     

需要注意的是，构造函数 在对 const 对象 进行初始化时，是可以修改值的。只有完成构造初始化，对象才真正具备 常量 属性。

 

1.合成的默认构造函数

到目前为止，我们还未给 Sales_data 类 添加构造函数，但当我们声明一个Sales_data对象：Sales_data sd 时，仍会完成初始化工作。
 
编译器会创建一个 默认构造函数 ，去完成如下工作：

  • 若存在类内的初始值，用它来初始化成员；
  • 否则，默认初始化该成员。
     

例如下方代码：

  • revenue 被赋值为 0.0；
  • bookNo 默认初始化为空字符串；

在这里插入图片描述

 

2. 某些类不能依赖于合成的默认构造函数

合成的默认构造函数 仅适用于简单类 (变量成员是基本数据类型，不包含复合类型或类类型)，建议用户自己编写默认构造函数，原因：

  • 只有当类没有什么任何构造函数时，编译器才会自动生成默认规则函数；
  • 对于某些类，合成的默认构造函数可能执行错误的操作；
  • 有些时候编译器不能为某些类合成默认的构造函数。

 

3. 定义 Sales_data 的构造函数

根据参数的不同，给 Sales_data 定义了4个不同的构造函数：

  1. 空参数列表 (默认构造函数)；
  2. 一个 istream& 参数，从数据流中读取信息完成初始化；
  3. 一个 const string &s，对书号赋值，其它变量默认值；
  4. 一个 const string &s 书号、一个 unsigned 销售数量、一个 double 价格。
struct Sales_data
{
    // * 新增成员 - 构造函数
    Sales_data() = default;
    Sales_data(istream &);
    Sales_data(const string &s) : bookNo(s) {}
    Sales_data(const string &s, unsigned n, double p) : bookNo(s), units_sold(n), revenue(p * n) {}

    // ? 下面是之前已有的成员
    /**
     * @brief 返回书的编号
     *
     * @return string
     */
    string isbn() const
    {
        return this->bookNo;
    }

    /**
     * @brief 合并书的销售数据
     *
     * @return Sales_data&
     */
    Sales_data &combine(const Sales_data &);

    /**
     * @brief 返回售出书籍的平均价格
     *
     * @return double
     */
    double avg_price() const;

    string bookNo;           // 书号
    unsigned units_sold = 0; // 销量
    double revenue = 0.0;    // 总销售收入
};

 

4. = default 的含义

默认构造函数不接受任何实参，如果我们想让它功能和 合成默认构造函数 一样，只需要在参数列表后添加 = default 即可。


Sales_data() = default;

 

5. 构造函数初始值列表

下图中红框部分，叫做 构造函数初始值列表，负责给数据成员赋初值。
 
第一个红框的构造函数，只对 bookNo 赋值，其余的两个变量成员会以 合成默认构造函数 相同的方式隐式初始化。
 
两个 构造函数初始值列表 后方的函数体都为空，主要是构造函数唯一任务是为数据成员赋初值。

Sales_data(const string &s) : bookNo(s) {}

// 上行代码等价于下列
Sales_data(const string &s) : bookNo(s), units_sold(0), revenue(0) {}

// 函数体为空
Sales_data(const string &s) : bookNo(s) {
	cout<<"一般这里没有代码，函数体为空!"<<endl;
}

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6. 在类的外部定义构造函数

在类的外部定义构造函数，和之前 7.1.2 节中的 5. 在类的外部定义成员函数 语法格式几乎相同，可以对比学习。
 
下方的构造函数并没有 初始值列表 ，但是可以通过函数体代码去数据成员进行赋初值。

/**
 * @brief Construct a new Sales_data::Sales_data object
 *
 * @param is
 */
Sales_data::Sales_data(std::istream &is)
{
    read(is, *this); // read 函数的作用是从 is 读取一条交易信息，然后存入 this 对象中
}

// read 函数 (7.1.3节 学习过该代码)
/**
 * @brief 从给定流中将数据读到给定得对象里
 *
 * @param is
 * @param item
 * @return istream&
 */
istream &read(istream &is, Sales_data &item)
{
    double price = 0;
    is >> item.bookNo >> item.units_sold >> price;	// bookNo，units_sold 此时被赋值了
    item.revenue = price * item.units_sold;			// revenue 此时被赋值了
    return is;
}

在这里插入图片描述

 

7.1.5 拷贝、赋值和析构

除了 初始化操作 之外，类还需要控制 拷贝、赋值和销毁对象 时发生的行为。
 
如果我们不主动定义这些操作，则编译器会替我们合成它们。

 

某些类不能依赖于合成的版本

编译器替我们合成 拷贝、赋值和销毁对象 的操作，仅能适用于简单场景，对于某些类就无法正常工作了。
 
具体将在 第12章 动态内存 、第13章 拷贝控制 中介绍。

 

7.2 访问控制与封装

在 7.1 节 中定义的 Sales_data 类 中并未使用任何机制去限制用户对类中数据成员的访问。
 
在 C++ 语言中，可以使用 访问说明符 来加强类的封闭性：

  • 定义在 public 说明符 之后的成员在整个程序内可被访问；
  • 定义在 private 说明符 之后的成员可以被类的成员函数访问，不能被使用该类的代码访问；
     

下面将使用 访问说明符 来对 7.1 节 中的 Sales_data 类 进行改造。

#include <iostream>
#include <string>

using std::istream;
using std::ostream;
using std::string;

// todo 销售数据类
class Sales_data
{
public:
    Sales_data() = default;
    Sales_data(istream &);
    Sales_data(const string &s) : bookNo(s) {}
    Sales_data(const string &s, unsigned n, double p) : bookNo(s), units_sold(n), revenue(p * n) {}

    /**
     * @brief 返回书的编号
     *
     * @return string
     */
    string isbn() const
    {
        return this->bookNo;
    }

    /**
     * @brief 合并书的销售数据
     *
     * @return Sales_data&
     */
    Sales_data &combine(const Sales_data &);

private:
    string bookNo;           // 书号
    unsigned units_sold = 0; // 销量
    double revenue = 0.0;    // 总销售收入

    /**
     * @brief 返回售出书籍的平均价格
     *
     * @return double
     */
    double avg_price() const
    {
        return units_sold ? revenue / units_sold : 0;
    }
};

// 1. Sales_data的成员接口函数
/**
 * @brief Construct a new Sales_data::Sales_data object
 *
 * @param is
 */
Sales_data::Sales_data(std::istream &is)
{
    read(is, *this); // read 函数的作用是从 is 读取一条交易信息，然后存入 this 对象中
}

/**
 * @brief 合并书的销售数据
 *
 * @param rhs
 * @return Sales_data&
 */
Sales_data &Sales_data::combine(const Sales_data &rhs)
{
    units_sold += rhs.units_sold; // 把rhs的成员加到this对象的成员上
    revenue += rhs.revenue;
    return *this; // 返回调用该函数的对象
}


// 2. Sales_data的非成员接口函数
istream &read(istream &, Sales_data &);
ostream &print(ostream &, const Sales_data &);
Sales_data add(const Sales_data &, const Sales_data &);

/**
 * @brief 从给定流中将数据读到给定得对象里
 *
 * @param is
 * @param item
 * @return istream&
 */
istream &read(istream &is, Sales_data &item)
{
    double price = 0;
    is >> item.bookNo >> item.units_sold >> price;
    item.revenue = price * item.units_sold;
    return is;
}

/**
 * @brief 负责将给定对象的内容打印到给定的流中
 *
 * @param os
 * @param item
 * @return ostream&
 */
ostream &print(ostream &os, const Sales_data &item)
{
    os << item.isbn() << " " << item.units_sold << " "
       << item.revenue << " " << item.avg_price();
    return os;
}

/**
 * @brief 求两个Sales_data对象的和
 *
 * @param lhs Sales_data对象
 * @param rhs Sales_data对象
 * @return Sales_data
 */
Sales_data add(const Sales_data &lhs, const Sales_data &rhs)
{
    Sales_data sum = lhs; // 把lhs的数据成员拷贝给sum
    sum.combine(rhs);     // 把rhs的数据成员加到sum当中
    return sum;
}

 

使用 class 或 struct 关键字

在这里插入图片描述

 

7.2.1 友元

按照 7.2 节 给的代码修改，发现程序爆红，read、print 函数 报错了！😟😟😟
 
这是因为在 7.2 节 代码中，将 bookNo，units_sold、revenue 设置成 priavte，所以这三个变量只能被类的成员函数访问。

在这里插入图片描述

 

如果想要 read、print 函数 访问，需要将其设置为类的 友元。
 
在 Sales_data 类 中，添加以 friend 关键字 开头的函数声明即可。(添加完下方代码，read、print 函数就不报错了😀😀😀)
 
PS：友元声明只能出现在类定义的内部。

	// 为Sales_data的非成员函数所作的友元声明
	friend Sales_data add(const Sales_data &, const Sales_data &);
	friend std::istream &read(std::istream &, Sales_data &);
	friend std::ostream &print(std::ostream &, const Sales_data &);

在这里插入图片描述

 

友元的声明

友元的声明仅仅指定了访问的权限，而非真正的函数声明，在类外需要专门对函数再进行一次声明。

在这里插入图片描述

 

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