C++ 类之说明

C++ 类

1、C++ OOP简介

面向对象编程（OOP）是一种特殊的、设计程序的概念性方法，OOP重要特性如下：

（1） 抽象
（2） 封装和数据隐藏
（3） 多态
（4） 继承
（5） 代码的可重用性

2、过程性编程和面向对象编程

采用书本描述的案例说明，能更容易的让人理解过程性编程与面向对象编程。

垒球队的一名新球员被要求记录球队的统计数据，会优先考虑使用计算机来完成这项工作，下面描述下过程性编程与OOP编程思想不同之处：

2.1 过程性编程

（1）考虑输入每名选手的姓名、击球次数、击中次数、命中率及其它重要基本数据
（2）还需要显示记录的数据及计算结果（命中率等）

如何完成上述功能工作呢？
（1）可以让main()函数调用一个函数来获取输入
（2）调用另一个函数进行计算
（3）调用第三个函数显示结果

如果获取下一场的数据后又该怎么做呢？
（1）若不想从头开始，可以添加一个函数来更新统计数据
（2）可能需要在main()函数中添加一个菜单，选择是输入、计算、更新还是显示数据。

如何表示记录统计与计算的数据呢？
（1）可以使用一个字符串来存储选手姓名
（2）使用一个数组来存储每一位选手的击球数
（3）使用一个数组来存储击中数目等
（4）或者可以设计一个结构来存储每位选手的所有信息，然后使用这种结构组成的数组来表示整个球队

总之，使用过程性编程方法时，首先考虑要遵循的步骤，然后考虑如何表示这些数据。

2.2 面向对象编程（OOP）

（1）考虑如何表示数据，还要考虑如何使用数据
（2）考虑以谁为主体去记录处理数据，当然是选手。
（3）因此要有一个对象去表示整个选手的各个方面，这将作为基本数据单元—一个表示选手的姓名和统计数据的对象。

如何对数据进行处理呢？
（1）首先需要一种将基本信息加入到该单元中的方法
（2）其次，计算机应计算一些东西，如命中率等。因此需要添加一些执行计算的方法
（3）程序应自动完成这些计算，而无需用户干涉
（4）还需要一些更新和显示信息的方法
（5）所以用户与数据交互的方式有三种：初始化、更新、报告；这就是用户接口

总之，采用OOP编程方法时，首先从用户的角度考虑对象—描述对象所需要的数据以及描述用户与数据交互所需的操作。完成对接口的描述后，需要确定如何实现接口和数据存储。最后，使用新的设计方案创建出运行程序。

3. 抽象和类

3.1 抽象

生活中充满复杂性，处理复杂性的方法之一是简化和抽象。抽象是通往用户定义类型的捷径。在C++中，用户定义类型指的是实现抽象接口的类设计。

3.2 类型

将变量声明为int或float指针时，不仅仅是分配内存，还规定了可对变量执行的操作。总之，指定基本类型完成了三项工作：
（1）决定数据对象需要的内存数量
（2）决定如何解释内存中的位（long和float在内存中占用的位数相同，但将它们转换为数值的方法不同）
（3）决定可使用数据对象执行的操作或方法

3.3 C++中的类

类是一种将抽象转换为用户定义类型的C++工具，它将数据表示和操纵数据的方法组合成一个整洁的包。

定义类时，类规范一般由两部分组成：
（1）类声明：以数据成员的方式描述数据部分，以成员函数（常被称为方法）的方式描述公有接口
（2）类方法定义：描述如何实现类成员函数

简单的说，就是类声明提供了类的蓝图，而方法定义则提供了细节。

3.4 什么是接口

接口是一个共享框架，共两个系统交互时使用（如计算机与打印机之间或者用户与计算机之间）

3.5 设计类步骤

（1）C++程序员将接口（类声明）放在头文件中
（2）将实现（类方法的代码）放在源代码文件中
以下代码为类声明：

class Stock
{
private:
	std::string company;
	long shares;
	double share_val;
	double total_val;
	void set_tot() { total_val = shares * share_val; }
	
public:
	void acquire(const std::string &co, long n, double pr);
	void buy(long num, double price);
	void sell(long num, double price);
	void update(double price);
	void show();	
};

4. 类使用详解

4.1 访问控制

（1） 使用类对象的程序都可以直接访问公有部分，但只能通过公有成员函数（或友元函数）来访问对象的私有成员。

（2） 数据隐藏： 防止程序直接访问数据。

（3） 封装： 将实现细节放在一起并将它们与抽象分开，类设计尽可能将公有接口与实现细节分开，说明几种情况下的封装：

A、数据隐藏（将数据放在类的私有部分）是一种封装
B、将实现的细节隐藏在私有部分中是一种封装
C、将类函数定义和类声明放在不同文件中也是一种声明

4.2 公有与私有

无论类成员是数据成员还是成员函数，都可以在类的公有部分或私有部分中声明它。但由于数据隐藏是OOP的目标之一，因此数据项通常放在私有部分，组成类接口的成员函数放在公有部分。

不必在类声明中使用关键字private，因为这是类对象的默认访问控制，举例说明：

class World
{
	float mass;			// 默认private
	char name[20];		// 默认private

public:
	void tellall(void);
	...
};

类和结构的区别：
结构的默认访问类型是public，类默认访问类型是private

类与结构使用情况：
c++通常使用类来实现类描述，而把结构限制为只表示纯粹的数据对象（常被称为普通老式数据（POD，Plain Old Data））结构。

4.3 类成员函数实现

成员函数定义与常规函数定义非常相似，它们有函数头与函数体，也可以有返回类型和参数。但它们有两个特殊的特征：

（1） 定义成员函数时，使用作用域解析运算符（::）来标识函数所属的类
（2） 类方法可以访问类的private组件（数据成员）

类方法的完整名称中包括类名。比如，Stock::update()是函数的限定名，而简单的update()是全名的缩写（非限定名），它只能在类作用域中使用。

4.4 内联方法

其定义（函数原型与函数实现放在一起）位于类声明中的函数都将自动成为内联函数。
类声明常将短小的成员函数作为内联函数。

内联函数另一种实现方式：

可以在类声明之外定义成员函数，并使其成为内联函数。只需要在类实现部分中定义函数时使用inline限定符即可，代码举例：

class Stock
{
private:
	void set_tot();					// 定义分开

public:
	...	

private:
	int total;
	int shares;
	int share_val;
};

inline void Stock::set_tot()		// 在定义中使用inline关键字	
{
	total = shares * share_val;
}

说明1： 内联函数的特殊规则要求在每个使用它们的文件中都对其进行定义，确保内联定义对多文件程序中的所有文件都是可用、最简单的方式：将内联定义放在类声明的头文件中。

说明2： 根据改写规则，在类声明中定义方法等同于用原型替换方法定义，然后在类声明的后面将定义改写为内联函数。