c++编程(3)——类和对象(1)、类

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    • 对象
    • 类的访问权限
    • 类的作用域

c++最初对c语言的扩展就是增加了类的概念,使得c语言在原有的基础之上可以做到信息隐藏和封装。

那么我们先来讲讲“带类的c”与C语言相比有什么改进。

先讲讲类是什么,举个例子,小明男性、身高一米7,体重70kg,小美女性,身高一米6,体重60kg。他们两都是同属一个类的——人类。我们需要在类中定义出对象的行为和属性,那么人类如下:

class human {int age;//年龄int weight;//体重int high;//身高const char* gender;//性别
};

对象

用类创建对象的过程,叫做类的实例化。

如果将对象类比为房屋,那么类就是房屋的设计图。
在这里插入图片描述
一个类可以实例化多个对象,这些对象会拥有相同的属性,但是属性的值是多少,则是由程序员决定的。

就好比房子一样,如果使用的设计图一样,那么这些房屋的构造,面积都是一样的,至于内部的不同,则是看房子的主人是如何装修,以及摆放的家具了。

我们回到human的使用上。我们用类“human”实例化出两个对象,一个小明、一个小美,对象之间拥有的属性都是一致的,如:性别、年龄、体重。但是对象之间的属性值是可以有差异的。

class human {int age;//年龄int weight;//体重int high;//身高const char* gender;//性别
};
int main()
{human xiaoming;//创建对象小明human xiaomei;//创建对象小美xiaoming.age = 16;//小明的年龄xiaoming.gender = "boy";//性别xiaoming.high = 170;//身高xiaoming.weight = 70;//体重xiaomei.age = 17;//小美的年龄xiaomei.gender = "girl";//小美的性别xiaomei.high = 160;//身高xiaomei.weight = 60;//体重
}

熟悉C语言的人就发现了,这c++的类和C语言的结构体没什么区别啊。为什么称为类呢?

前面提到了,类不仅能定义对象的属性,还能定义对象的行为,属性很好理解,就是在类里面定义成员变量呗,C语言的结构体也能定义成员变量,那么对象的行为是什么呢?

在c++的类中,不仅仅能定义成员变量,还能定义成员函数,这在C语言的结构体中是不能实现的。

以定义一个栈为例。

typedef int STDataType;
class stack {void Init(int capacity)//栈的初始化{_stack = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * capacity);_capacity = capacity;_top = 0;}STDataType Top()//取栈顶元素{return _stack[_top - 1];}bool Empty()//判断栈是否为空{return _top == 0;}void Pop()//弹出栈顶{if (Empty()){cout << "stack is empty" << endl;return;}_top--;}void Push(STDataType e)//入栈操作{if (_top == _capacity)//扩容{int newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_stack, sizeof(STDataType) * newcapacity);if (tmp == nullptr){perror("malloc fail\n");return;}_stack = tmp;_capacity = newcapacity;}_stack[_top++] = e;}void Destory(){free(_stack);_top = 0;_stack = NULL;_capacity = 0;}STDataType* _stack;int _top;int _capacity;
};

这是一个栈的类。用这个类可以实例化一个栈。调用栈中的函数会对这个对象内的数据进行操作。

如:

int main()
{stack s1;//实例化栈s1s1.Init(4);//栈s1初始化s1.Push(1);//入栈s1s1.Push(2);s1.Push(3);s1.Push(4);s1.Push(5);while (!s1.Empty()){cout << s1.Top() << ' ';//取s1栈顶元素s1.Pop();//弹出s1栈顶}s1.Destory();//销毁栈s1return 0;
}

但是如果大家尝试运行这段代码,编译器会报错。
在这里插入图片描述

类的访问权限

类可以完成信息的隐藏,在一个类中,所有的成员的默认权限都是隐藏。如果想要对类中成员的权限进行管理,就要使用访问限定符了。

c++中的访问限定符有3个,public(公开),protect(保护),private(隐藏)。

访问限定符的作用如下:

(1)public是公开成员,public修饰的成员可以在类外直接引用
(2)protect,private修饰的成员在类外不能被引用
(3)访问权限的作用域从该限定符出现的位置,直到下一个限定符出现的位置为止
(4)最后一个限定符的作用域是从该限定符出现的位置,一直到类的结尾(})为止
(5)类的所有成员的默认状态都是private。

可以看到类stack中,没有成员的权限限定符,因此所有的成员都是private。因此在类外引用成员函数时,编译器会报错。

解决方法就是在类的开头加上限定符public。

typedef int STDataType;
class stack {
public://省略…………
};

但是我们仔细想想,类stack中的所有成员都应该公开吗?

首先是类中的成员函数,这些成员函数时提供外部使用的,因此需要公开。

而类中的成员变量呢?需不需要公开?我们先来想这么一个问题。栈的成员变量能不能被修改。比如将_stack公开之后,我们就能在外部将_stack置为空指针。那么会不会在某个不经意的操作之后,这个_stack就成为了空指针,或者野指针。这当然是可能的。

	s1._stack = nullptr;

通过判断,类stack的成员变量不需要公开。因此类stack的设定应该改为。

typedef int STDataType;
class stack {
public:void Init(int capacity)//栈的初始化{_stack = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * capacity);_capacity = capacity;_top = 0;}//省略以下成员函数
private:STDataType* _stack;int _top;int _capacity;
};

类中的什么信息需要隐藏,需要公开,都是需要程序员自己判断之后决定的。通常来说,如果某个变量或函数是需要在类的外部使用的,则需要公开这些成员。若是某个变量或函数在外部使用会影响对象的使用的话(比如将stack中的_stack修改会导致程序崩溃),则将这些成员设为private。

类的作用域

类的作用域也称为类域。通常来说,类都是定义在头文件中的,而头文件中的类的成员函数都是声明。定义会放在另外一个包含这个头文件的源文件,这是为了避免出现重复定义的编译错误(想要更深刻了解,可以去学习一下“编译与连接”)。

那么上面说的类stack,那么它在头文件“stack.h”中的定义如下:

typedef int STDataType;
class stack {
public:void Init(int capacity);//栈的初始化STDataType Top();//取栈顶元素bool Empty();//判断栈是否为空void Pop();//弹出栈顶void Push(STDataType e);//入栈操作void Destory();private:STDataType* _stack;int _top;int _capacity;
};

我们将这些成员函数的定义放在源文件中。

在这里插入图片描述

但是此时编译器就报错了。可以看到整个源文件的报错满满当当。目前,我们了解的c++的域有全局域,局部域,命名空间域。现在我们来了解第四个域,类域。

首先,我们定义在“stack.cpp”中的函数是存在于局部域的。但是类中的定义与变量却是定义在类域当中的。定义在全局域的函数和变量可以在其他域中使用,而类域中的函数不能定义在全局域。若是需要将函数定义在类外就需要使用域限定符。这是c++规定的

因为大家可以设想一下。c++是支持重载函数的。如果我可以在全局域中定义类stack的初始化函数Init。那么我也可以定义一个是用于队列的初始化函数Init,既然这两个函数都能存在,那么当我们调用初始化函数Init时,应该调用哪个函数呢?这个就导致了歧义的存在,因此c++新增了一个类域,定义在域外的成员需要使用域限定符(::)指明成员属于哪个域。

因此,stack的成员函数的正确定义的方法是在函数名前面加上限定的域(注意,域限定符使用在函数名之前)。

#include"stack.h"void stack::Init(int capacity)//栈的初始化
{_stack = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * capacity);_capacity = capacity;_top = 0;
}STDataType stack::Top()//取栈顶元素
{return _stack[_top - 1];
}bool stack::Empty()//判断栈是否为空
{return _top == 0;
}void stack::Pop()//弹出栈顶
{if (stack::Empty()){cout << "stack is empty" << endl;return;}_top--;
}void stack::Push(STDataType e)//入栈操作
{if (_top == _capacity)//扩容{int newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_stack, sizeof(STDataType) * newcapacity);if (tmp == nullptr){perror("malloc fail\n");return;}_stack = tmp;_capacity = newcapacity;}_stack[_top++] = e;
}void stack::Destory()
{free(_stack);_top = 0;_stack = NULL;_capacity = 0;
}

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