8.3 C/C++ 定义并使用类

C/C++语言是一种通用的编程语言，具有高效、灵活和可移植等特点。C语言主要用于系统编程，如操作系统、编译器、数据库等；C语言是C语言的扩展，增加了面向对象编程的特性，适用于大型软件系统、图形用户界面、嵌入式系统等。C/C++语言具有很高的效率和控制能力，但也需要开发人员自行管理内存等底层资源，对于初学者来说可能会有一定的难度。

使用结构体定义类: 其实使用C语言中的结构体类型,我们可以模拟出一个伪类,虽然很麻烦,但是也凑活着能用.

#include <iostream>

using namespace std;

struct Student
{
  char name[64];
  int age;
};

void Print_Student(struct Student *ptr)
{
  printf("Name: %s --> Age: %d \n", ptr->name, ptr->age);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  struct Student stu;

  strcpy(stu.name, "lyshark");
  stu.age = 23;

  Print_Student(&stu);

  system("pause");
  return 0;
}

定义简单的类: 接着我们来定义一个真正的Student类,并调用成员函数实现对数据成员的输出.

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Student
{
public:
  int uid;
  char *name;
  int age;

public:
  void set(int id, char *name, int age)
  {
    this->uid = id;
    this->name = name;
    this->age = age;
  }
  void display()
  {
    cout << this->uid << this->name << this->age << endl;
  }
};

void Call(const Student &ptr)
{
  cout << ptr.name << endl;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student stu;                                       // 实例化

  stu.set(1001, "lyshark", 23);                     // 设置数据
  cout << stu.uid << stu.name << stu.age << endl;   // 输出
  stu.display();                                    // 使用成员函数输出

  Student *ptr = &stu;                              // 使用指针
  cout << ptr->uid << ptr->name << ptr->age << endl;

  Call(stu);
  system("pause");
  return 0;
}

定义构造/析构函数: 构造函数通常用于初始化类中的数据成员,析构函数则主要负责对类的清理工作.

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Student
{
public:
  int uid;
  char *name;
  int age;

public:
  Student() { cout << "init .." << endl; }  // 定义无参构造函数

  Student(int uid, char *name, int age)     // 定义有参构造函数
  {
    this->uid = uid;
    this->name = name;
    this->age = age;
  }
  ~Student()                               // 定义析构函数
  {
    cout << "执行结束,析构 !" << endl;
  }
  void Display()
  {
    cout << this->name << endl;
  }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  class Student *stu_ptr[3];

  Student stu1(1001, "admin", 22);
  Student stu2(1002, "guest", 33);
  Student stu3(1003, "tudyit", 25);

  stu_ptr[0] = &stu1;
  stu_ptr[1] = &stu2;
  stu_ptr[2] = &stu3;

  for (int x = 0; x < 3; x++)
    stu_ptr[x]->Display();

  system("pause");
  return 0;
}

定义拷贝构造函数: 拷贝构造函数的主要作用就是实现两个类之间的数据成员的克隆.

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Student
{
public:
  int uid;
  char *name;
  int age;

public:
  Student(int uid, char *name, int age)     // 构造函数
  {
    this->uid = uid;
    this->name = name;
    this->age = age;
  }
  Student(const Student& ptr)             // 拷贝构造函数
  {
    this->uid = ptr.uid;                // 实现将传入的参数
    this->name = ptr.name;              // 拷贝到新的类中
    this->age = ptr.age;                // 此时两个类就具有相同属性了
    cout << &ptr << " clone" << endl;
  }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student stu1(1001, "admin", 22);

  // 如下开辟新对象stu2 -> 将stu1中的数据拷贝到stu2
  Student stu2(stu1);
  cout << stu2.name << endl;
  cout << stu2.age << endl;

  // 第二种拷贝方式
  Student stu3 = Student(stu1);
  cout << stu3.name << endl;

  system("pause");
  return 0;
}

使用浅/深拷贝: 浅拷贝主要是对数据成员表层的拷贝,这种拷贝容易出现问题,而深拷贝则是完全对数据的复制.

先来看下面这段代码,该代码就是一个典型的浅拷贝,当代码Student stu2(stu1);拷贝完成后,在执行析构函数时,由于是浅拷贝,数据成员共用一片内存区域,而析构函数则执行了两次,第一次释放后,第二次释放内存则出现冲突的情况.

#include <iostream>

using namespace std;

class Student
{
public:
  char * m_name;
  int m_age;

public:
  Student(char * name, int age)
  {
    this->m_age = age;
    this->m_name = (char *)malloc(strlen(name) + 1);
    strcpy(this->m_name, name);
  }
  ~Student()
  {
    if (m_name != NULL)
      free(m_name);
  }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student stu1("lyshark", 25);  // 定义数据
  Student stu2(stu1);           // 调用拷贝构造函数

  system("pause");
  return 0;
}

接着看下面的深拷贝代码,我们通过自己开辟堆空间,然后自己在拷贝构造函数中拷贝数据,防止冲突,同样的代码经过简单的的修改,就可以避免拷贝是数据释放的冲突问题.

#include <iostream>

using namespace std;

class Student
{
public:
  char * m_name;
  int m_age;

public:
  Student() { }
  Student(char * name, int age)
  {
    this->m_age = age;
    this->m_name = (char *)malloc(strlen(name) + 1);
    strcpy(this->m_name, name);
  }
  ~Student()
  {
    if (m_name != NULL)
      free(m_name);
  }
  Student(const Student &ptr)        // 定义拷贝构造函数
  {
    this->m_age = ptr.m_age;
    this->m_name = (char *)malloc(strlen(ptr.m_name) + 1);
    strcpy(this->m_name, ptr.m_name);  // 深层拷贝
  }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student stu1("lyshark", 25);
  Student stu2(stu1);

  system("pause");
  return 0;
}

构造函数初始化列表: 定义构造函数也可使用初始化列表的形式来对数据赋值,这种方式很简洁,适合简单的构造函数使用.

#include <iostream>

using namespace std;

class Student
{
public:
  char * m_name;
  int m_age;

public:
  // 无参数构造函数的写法
  Student(){ }
  // 有参构造函数,使用初始化列表
  Student(char * x, int y) :m_name(x), m_age(y){}
  // 普通函数也可写成一行
  void Show(){ cout << this->m_name << endl; }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student stu1("lyshark",24);
  stu1.Show();

  system("pause");
  return 0;
}

new 动态对象创建: 该关键字可用来实例化类,它可以自动分配初始化空间,开辟到堆中,并且自动来维护释放,非常方便.

#include <iostream>

using namespace std;

class Student
{
public:
  char * m_Str;

public:
  Student() { cout << "默认构造调用" << endl; }
  ~Student() { cout << "默认析构调用" << endl; }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  // malloc 返回 void* 还必须要强转
  Student stu1;    // 在栈上开辟的空间

  // 所有new出来的对象都会返回该类型的指针,并且会调用默认构造函数
  Student *stu2 = new Student;   // 堆区开辟空间
  delete stu2;                   // 释放堆区空间

  // 使用new 来开辟数组,他一定会调用默认构造函数,有多少数组成员就调用多少次！
  Student *pArray = new Student[10];

  pArray[0].m_Str = "lyshark";
  cout << pArray[0].m_Str << endl;
  delete[] pArray;                 // 释放整个数组,必须加[]中括号

  system("pause");
  return 0;
}

静态数据成员: 静态成员变量,无论建立多少个对象,都只有一个静态数据的拷贝,所有对象都共享这个静态数据.

#include <iostream>

using namespace std;

class Student
{
public:
  // 静态成员变量必须在类内声明,在类外对其进行初始化
  static int m_number;    // 定义静态成员变量
  static char * m_name;   // 定义静态成员变量
};

int Student::m_number = 100;         // 类外初始化
char *Student::m_name = "lyshark";   // 类外初始化静态成员变量

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student stu1, stu2;

  // 此处如果对stu1中的静态变量修改后,stu2也会受到影响,两个是共享的数据源
  stu1.m_number = 200;

  cout << stu1.m_number << "   " << stu1.m_name << endl;
  cout << stu2.m_number << "   " << stu2.m_name << endl;

  cout << "通过类名直接访问:" << Student::m_number << endl;
  cout << "通过类名直接访问:" << Student::m_name << endl;

  system("pause");
  return 0;
}

静态成员函数: 静态成员函数,不可以访问普通的成员变量,仅可以访问通过static修饰的,静态成员变量.

#include <iostream>

using namespace std;

class Student
{
public:
  static int m_number;

public:
  static void Display()
  {
    cout << m_number << endl;
    cout << "hello lyshark" << endl;
  }
};

int Student::m_number = 100;         // 类外初始化

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student stu1, stu2;

  stu1.Display();  // 调用两个函数返回值相同
  stu2.Display();  // 两个成员函数就是一个

  system("pause");
  return 0;
}

关于this指针: 该指针是默认存在于类中的,由编译器维护,this指针指向被调用的成员函数所属的对象.

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Person
{
public:
  char *name;
  int age;

public:
  Person(char *p_name, int p_age) { this->name = p_name; this->age = p_age; }

  void Compare_Age(Person & ptr)          // 对比年龄是否相等
  {
    if (this->age == ptr.age)
      cout << "Same age" << endl;     // 年龄相同
    else
      cout << "Same not age" << endl; // 年龄不同
  }

  void PlusAge(Person & ptr)              // 两个年龄相加
  {
    this->age += ptr.age;
  }

  Person & Push_Age(Person &ptr)
  {
    this->age += ptr.age;
    return *this;                       // 返回指向对象本体
  }

};

int main(int argc, char *argv[])
{
  Person per1("lyshark", 33);
  Person per2("admin", 33);

  per1.Compare_Age(per2);      // 判断两个类年龄是否相等

  per1.PlusAge(per2);          // 将两个年龄相加
  cout << per1.age << endl;    // 输出年龄

  per1.Push_Age(per2).Push_Age(per2);  // 链式编程(必须传递引用)
  cout << per1.age << endl;

  system("pause");
  return 0;
}

空指针访问成员函数: 如下定义空指针,并尝试使用空指针访问类,那么如果类中没有判断空指针的语句,则程序会崩溃.

#include <iostream>

using namespace std;

class Person
{
public:
  int m_age;

public:
  void show() { cout << "person show" << endl; }
  void show_age()   // 此处如果没有if判断,则程序会报错
  {
    if (this == NULL)   // 防止使用空指针访问
      return;
    cout << "show: " << m_age << endl;
  }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  // show_age() 默认会加上 this --> 那么如果传递空指针则失败
  // 代码接收空指针,会溢出,说以在类中进行判断,可以防止空指针错误

  Person *ptr = NULL;

  ptr->show();          // 这个可以
  ptr->show_age();      // 不可以

  system("pause");
  return 0;
}

定义常函数/常对象: 使用Const修饰的成员函数,则是常函数,如果用来修饰对象则是常对象,两者均不可直接修改.

#include <iostream>

using namespace std;

class Person
{
public: int m_x; int m_y;

public:
  Person() { this->m_x = 0; this->m_y = 0; }  // 初始化构造函数

  void showInfo() const // 声明常函数,函数内部不可以修改指针的指向
  {
    // this->m_x = 1000; 相当于修改成了 --> const Person * const this
    // this->m_x = 200;  常函数无法直接修改
    cout << this->m_x << endl;
  }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  // 常函数的调用
  Person per1;
  per1.showInfo();

  // 定义常对象,常对象不允许修改数据,只能调用
  const Person per2;
  per2.showInfo();

  system("pause");
  return 0;
}

友元函数的定义: 将全局函数定义为友元函数,让外部函数,可以访问特定的类内部的私有数据.

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Student
{ // 定义友元函数 --> 让goodGay 可以访问我的私有属性
  friend void goodGay(Student *ptr);
private:
  string m_badRoom;        // 私有的卧室
  string m_sittingRoom;    //  私有的客厅

public:
  Student()
  {
    this->m_sittingRoom = "客厅";
    this->m_badRoom = "卧室";
  }
};

// 全局函数,我想让他能访问到私有的卧室
void goodGay(Student *ptr)
{
  cout << "访问我的客厅:" << ptr->m_badRoom << endl;
  cout << "访问我的卧室:" << ptr->m_sittingRoom << endl;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student *stu = new Student;
  goodGay(stu);

  system("pause");
  return 0;
}

友元类的定义: 我们除了可以让全局函数访问类中的特定私有数据外,也可以让一个对象实现相同的功能.

#include <iostream>

using namespace std;

class Teacher
{
  friend class Student;  // 让Student学生,可以访问我的私有成员

private:
  char * m_school;     // 老师所在的学校
  char * m_class;      // 老师所教的班级

public:
  Teacher()
  {
    this->m_school = "中心小学";
    this->m_class = "一年级二班";
  }
};

class Student
{
private: Teacher *ptr;              // 设置指向teacher的指针

public:
  Student(){ ptr = new Teacher; } // 构造函数初始化
  void Display()
  {
    // 此时Student中的Display()函数可以访问Teacher类中的私有数据
    cout << "学生访问到的学校: " << this->ptr->m_school << endl;
    cout << "学生访问到的班级: " << this->ptr->m_class << endl;
  }
};

int main(int argc, char *argv[])
{
  Student stu;
  stu.Display();

  system("pause");
  return 0;
}

类实现单例模式: 所谓单例模式就是说一个类只能实例化出一个对象,不论你new创建多少次,始终让其保证只有一个对象,这样就可以防止冲突的情况发生,如下是打印机案例的演示,一个公司可能只有一个打印机,这个打印机必须要单一.

#include <iostream>

using namespace std;

class Printer
{
private:
  static Printer * single_Print;
  static int count;

private:
  Printer(){ };
  Printer(const Printer & ptr);

public:
  static Printer * getInstance()
  {
    count = count + 1;
    return single_Print;
  }
  static void PrintText(char * text)
  {
    cout << "Printer ready: " << count << text << endl;
  }
};

// 初始化打印机中的静态数据成员
Printer * Printer::single_Print = new Printer;
int Printer::count = 0;

int main(int argc, char *argv[])
{
  // 拿到打印机对象指针,后期通过该指针操作数据
  Printer * ptr = Printer::getInstance();

  ptr->getInstance();
  ptr->getInstance();          // 每次调用都会+1
  ptr->PrintText(" count");    // 调用打印机

  system("pause");
  return 0;
}