C++程序設(shè)計(jì) 大學(xué)基礎(chǔ)教程第八章

C++大學(xué)基礎(chǔ)教程第8章類與對(duì)象

北京科技大學(xué)信息基礎(chǔ)科學(xué)系2023/12/221北京科技大學(xué)類是實(shí)現(xiàn)C++面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)有：抽象、封裝、繼承和多態(tài)，類把數(shù)據(jù)和函數(shù)封裝在一起，是C++封裝的基本單元。28.1類和對(duì)象的定義8.2對(duì)象的使用8.3構(gòu)造函數(shù)8.4析構(gòu)函數(shù)8.5拷貝構(gòu)造函數(shù)8.6類的靜態(tài)成員8.7類成員的保護(hù)和使用8.8類的組合（不要求）8.9面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)（不要求）第8章類與對(duì)象3

8.1類和對(duì)象的定義

2023/12/224北京科技大學(xué)8.1類和對(duì)象的定義一個(gè)類表示現(xiàn)實(shí)生活中的一類事物，比如“學(xué)生”事物有相應(yīng)的特征或?qū)傩裕鼈兙褪穷惖臄?shù)據(jù)成員；事物可能有行為動(dòng)作，也可能被某些行為動(dòng)作所操作，這些都用函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，這些函數(shù)和類有著不可分割的關(guān)系，是構(gòu)成類的函數(shù)成員，或者叫成員函數(shù)。在C++中，類實(shí)際上相當(dāng)于一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型。

5對(duì)象是一類事物中的一個(gè)具體的個(gè)體。在定義了類類型后，就可以定義該類型的變量，這個(gè)變量就稱為類的對(duì)象（或?qū)嵗?。所以，從程序設(shè)計(jì)的角度來看，對(duì)象就相當(dāng)于變量。

8.1類和對(duì)象的定義6舉例：classStudent//類的定義{private:

intid; charname[20];

intage; floatscore;public: voidgetscore() voidprintstu()};

8.1類和對(duì)象的定義71、使用類對(duì)象如果已經(jīng)知道某個(gè)類的功能和接口函數(shù)，就可以使用它了。先定義類對(duì)象，通過對(duì)象調(diào)用接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)一定的功能。

classstudentstu01;//class也可以省略不寫stu01.getscore();stu01.printstu();

這個(gè)過程的本質(zhì)是：根據(jù)對(duì)象所需要完成的任務(wù)，向?qū)ο蟀l(fā)送消息。對(duì)象收到消息后，調(diào)用接口中的相應(yīng)的函數(shù)，完成它的功能。對(duì)象只需要知道“做什么”，具體工作由成員函數(shù)來完成。

82、類的聲明類的聲明具體說明類的組成，聲明類的語法形式為： class類名稱 {public:

公有成員 protect:

保護(hù)型成員 private:

私有成員 };9其中，“成員”既可以是數(shù)據(jù)成員，也可以是成員函數(shù)的原型。數(shù)據(jù)成員的聲明方式與一般變量相同。函數(shù)成員是描述類的對(duì)象可以進(jìn)行的操作，一般在類中聲明原型，在類聲明的外面定義函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)。2、類的聲明102、類的聲明關(guān)鍵字public、protect、private說明類成員的訪問控制屬性。私有（private）成員只允許本類的成員函數(shù)來訪問；公有（public）成員是類對(duì)外的接口，在類聲明和類（函數(shù)）實(shí)現(xiàn)之后，類的對(duì)象可以訪問公有成員。保護(hù)型（protected）成員的可訪問性和私有成員的性質(zhì)相似。11關(guān)于訪問控制屬性，注意：在類聲明中，三種訪問控制屬性，可以按任意次序出現(xiàn)，也可以不出現(xiàn)。public等關(guān)鍵字也可以多次出現(xiàn)，但是一個(gè)成員只能具有一種訪問控制屬性。如果不寫訪問控制屬性關(guān)鍵字，默認(rèn)的是private。在書寫時(shí)通常習(xí)慣將公有類型放在最前面，這樣便于閱讀，因?yàn)樗鼈兪峭獠吭L問時(shí)所要了解的。一般情況下，一個(gè)類的數(shù)據(jù)成員應(yīng)該聲明為私有成員，這樣封裝性較好。一個(gè)類應(yīng)該有一些公有的函數(shù)成員，作為對(duì)外的接口，否則別的代碼無法訪問類

2、類的聲明12類的成員函數(shù)描述的是類的行為或操作。函數(shù)的原型聲明要在類的主體中，原型說明了函數(shù)的參數(shù)表和返回值類型。而函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)一般是寫在類聲明之外的。在類的外部定義成員函數(shù)的語法形式為：

返回值類型類名::成員函數(shù)名(參數(shù)表){

函數(shù)體}3、類的成員函數(shù)13如果在類的內(nèi)部定義成員函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，則該成員函數(shù)為內(nèi)聯(lián)成員函數(shù)。函數(shù)定義時(shí)沒有任何的附加說明，所以稱為隱式聲明的內(nèi)聯(lián)成員。

3、類的成員函數(shù)14定義一個(gè)對(duì)象和定義一個(gè)一般變量相同。定義變量時(shí)要分配存儲(chǔ)空間，同樣，定義一個(gè)對(duì)象時(shí)要分配存儲(chǔ)空間，一個(gè)對(duì)象所占的內(nèi)存空間是類的數(shù)據(jù)成員所占的空間總和。類的成員函數(shù)存放在代碼區(qū)，不占內(nèi)存空間。類的成員是抽象的，對(duì)象的成員才是具體的。類的數(shù)據(jù)成員都不會(huì)有具體的屬性值。只有對(duì)象的成員才會(huì)有具體的屬性值。4、對(duì)象15聲明了類及其對(duì)象，在類的外部（指類定義和成員函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼之外），就可以訪問對(duì)象的公有成員（包括數(shù)據(jù)成員和函數(shù)成員）了。

在類的外部，只能通過對(duì)象訪問類的公有成員；在類的成員函數(shù)內(nèi)部，可以直接訪問類的所有成員，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)訪問范圍的有效控制。

4、對(duì)象16類作用域是指類定義和相應(yīng)的成員函數(shù)定義的范圍，通俗地稱為類的內(nèi)部。C++認(rèn)為一個(gè)類的全部成員都是一個(gè)整體的相關(guān)部分。一個(gè)類的所有成員位于這個(gè)類的作用域內(nèi)，在該范圍內(nèi)，一個(gè)類的成員函數(shù)對(duì)本類的其它成員具有無限制的訪問權(quán)。

5、類的作用域與可見性17

8.2對(duì)象的使用

2023/12/2218北京科技大學(xué)8.2對(duì)象的使用對(duì)象是類的一個(gè)具體的實(shí)例，類和對(duì)象的關(guān)系相當(dāng)于普遍與特殊的關(guān)系。在C++中，類是一個(gè)自定義的數(shù)據(jù)類型，對(duì)象是該數(shù)據(jù)類型的一個(gè)變量。所以，可以定義一個(gè)全局的對(duì)象，也可以在函數(shù)體中定義一個(gè)局部的對(duì)象，或者動(dòng)態(tài)地從堆中申請(qǐng)空間來創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，還可以定義對(duì)象數(shù)組，以及使用對(duì)象作為函數(shù)的參數(shù)與返回值。

191、對(duì)象指針聲明對(duì)象指針的一般語法形式為：類名*對(duì)象指針名；使用對(duì)象指針訪問對(duì)象的成員，語法形式為：對(duì)象指針名->公有成員；例如：Clockc; //在棧中分配Clock型存儲(chǔ)空間Clock*pc1=newClock;//在堆中分配Clock型存儲(chǔ)空間Clock*pc2=&c;

pc1->SetTime(12,5,0);202、

this指針問：一個(gè)類中所有對(duì)象調(diào)用的成員函數(shù)都執(zhí)行同一段代碼。那么，成員函數(shù)又是怎么識(shí)別當(dāng)前是那個(gè)對(duì)象在訪問呢？

答：this指針指出了成員函數(shù)當(dāng)前所操作的數(shù)據(jù)所屬的對(duì)象。不同的對(duì)象調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，this指針將指向不同的對(duì)象，也就可以訪問不同對(duì)象的數(shù)據(jù)成員。

213、對(duì)象數(shù)組對(duì)象數(shù)組的元素是對(duì)象，不僅具有數(shù)據(jù)成員，而且還有函數(shù)成員，可以通過數(shù)組元素調(diào)用成員函數(shù)。

224、對(duì)象用做函數(shù)的參數(shù)和返回值可以將對(duì)象作為參數(shù)傳遞給一個(gè)函數(shù)或從函數(shù)返回一個(gè)對(duì)象。直接用對(duì)象作為參數(shù)，調(diào)用函數(shù)時(shí)，進(jìn)行值傳遞，實(shí)參的值要復(fù)制給形參，如果類的數(shù)據(jù)成員較多時(shí)，需要一一復(fù)制，這種參數(shù)傳遞方式效率不高，可以使用對(duì)象指針或?qū)ο笠梅绞絹韨鬟f函數(shù)參數(shù)。23

8.3構(gòu)造函數(shù)

2023/12/2224北京科技大學(xué)8.3構(gòu)造函數(shù)每個(gè)對(duì)象區(qū)別于其他對(duì)象的地方主要有兩個(gè)，外在的區(qū)別就是對(duì)象的標(biāo)識(shí)符，即對(duì)象的名稱，而內(nèi)在的區(qū)別就是對(duì)象自身的屬性值，即數(shù)據(jù)成員的值。在定義一個(gè)對(duì)象的時(shí)候要給它分配存儲(chǔ)空間，也可以同時(shí)給它的數(shù)據(jù)成員賦初值，稱為對(duì)象的初始化。C++程序中的對(duì)象初始化工作由一個(gè)特殊的成員函數(shù)來完成，就是構(gòu)造函數(shù)。因?yàn)椴煌愋偷膶?duì)象的初始化工作是不一樣的，因此構(gòu)造函數(shù)從屬于某個(gè)類的，即每個(gè)類都要定義它自己的構(gòu)造函數(shù)，它是類的成員函數(shù)。

25定義構(gòu)造函數(shù)的一般形式為：class類名{public:

類名（形參表）; //構(gòu)造函數(shù)的原型 //類的其它成員};類名::類名（形參表） //構(gòu)造函數(shù)的實(shí)現(xiàn){ //函數(shù)體}

8.3構(gòu)造函數(shù)26構(gòu)造函數(shù)的特點(diǎn)是：構(gòu)造函數(shù)的函數(shù)名與類名相同；而且沒有返回值。構(gòu)造函數(shù)一定是公有函數(shù)。作為類的成員函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)可以直接訪問類的所有數(shù)據(jù)成員。在類的內(nèi)部定義的構(gòu)造函數(shù)是內(nèi)聯(lián)函數(shù)。構(gòu)造函數(shù)可以帶默認(rèn)形參值，也可以重載。

8.3構(gòu)造函數(shù)27在聲明類是如果沒有定義類的構(gòu)造函數(shù)，編譯系統(tǒng)就會(huì)在編譯時(shí)自動(dòng)生成一個(gè)默認(rèn)形式的構(gòu)造函數(shù)，默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)是構(gòu)造對(duì)象時(shí)不提供參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。除了無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)是默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)外，帶有全部默認(rèn)參數(shù)值的構(gòu)造函數(shù)也是默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)。8.3構(gòu)造函數(shù)28

8.4析構(gòu)函數(shù)

2023/12/2229北京科技大學(xué)與構(gòu)造函數(shù)相反，當(dāng)對(duì)象生存期結(jié)束時(shí)，需要調(diào)用析構(gòu)函數(shù)，釋放對(duì)象所占的內(nèi)存空間。與構(gòu)造函數(shù)一樣，析構(gòu)函數(shù)也是類的一個(gè)公有成員函數(shù)，它的名稱是在類名前加“~”構(gòu)成，沒有返回值，和構(gòu)造函數(shù)不同的是析構(gòu)函數(shù)不接受任何參數(shù)。析構(gòu)函數(shù)是在對(duì)象生存期即將結(jié)束的時(shí)刻由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用的。如果程序員沒有定義析構(gòu)函數(shù)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成和調(diào)用一個(gè)默認(rèn)析構(gòu)函數(shù)。類的析構(gòu)函數(shù)不能重載。8.4析構(gòu)函數(shù)30

8.5拷貝構(gòu)造函數(shù)

2023/12/2231北京科技大學(xué)拷貝構(gòu)造函數(shù)就是函數(shù)的形參是類的對(duì)象的引用的構(gòu)造函數(shù)。通過等于號(hào)復(fù)制對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。如果程序在類定義時(shí)沒有顯式定義拷貝構(gòu)造函數(shù)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)默認(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)，把成員值一一復(fù)制。拷貝構(gòu)造函數(shù)與原來的構(gòu)造函數(shù)實(shí)現(xiàn)了函數(shù)的重載。8.5拷貝構(gòu)造函數(shù)32完成簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)的復(fù)制的拷貝構(gòu)造函數(shù)稱為淺拷貝。如果類的數(shù)據(jù)成員包括指針變量，類的構(gòu)造函數(shù)用new運(yùn)算符為這個(gè)指針動(dòng)態(tài)申請(qǐng)空間。如果通過淺拷貝進(jìn)行了對(duì)象的復(fù)制。最后，在退出運(yùn)行時(shí)，程序會(huì)報(bào)錯(cuò)。這時(shí)需要用“深拷貝”的方式恰當(dāng)定義類的拷貝構(gòu)造函數(shù)。一般來講，如果一個(gè)類需要析構(gòu)函數(shù)來釋放資源，則它也需要定義一個(gè)顯式拷貝構(gòu)造函數(shù)來實(shí)現(xiàn)深拷貝。

淺拷貝與深拷貝33以下三種情況系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)：當(dāng)用類的一個(gè)對(duì)象去初始化該類的另一個(gè)對(duì)象時(shí)如果函數(shù)的形參是類的對(duì)象，調(diào)用函數(shù)時(shí)，進(jìn)行形參和實(shí)參結(jié)合時(shí)如果函數(shù)的返回值是類的對(duì)象，函數(shù)執(zhí)行完成返回調(diào)用者時(shí)8.5拷貝構(gòu)造函數(shù)34

8.6類的靜態(tài)成員

2023/12/2235北京科技大學(xué)1、靜態(tài)數(shù)據(jù)成員靜態(tài)數(shù)據(jù)成員是類的數(shù)據(jù)成員的一種特例，采用static關(guān)鍵字來聲明。類的數(shù)據(jù)成員在類的每一個(gè)對(duì)象中分別存儲(chǔ)不同的數(shù)值，但是靜態(tài)數(shù)據(jù)成員則不同，它在整個(gè)類中只有一個(gè)拷貝，由該類的所有對(duì)象共同維護(hù)和使用，從而實(shí)現(xiàn)了同一類的不同對(duì)象之間的數(shù)據(jù)共享。靜態(tài)數(shù)據(jù)成員具有靜態(tài)生存期。在類的聲明中只能聲明靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的存在。由于類的聲明是抽象的，靜態(tài)數(shù)據(jù)成員的初始化需要在類的外部進(jìn)行，通過類名對(duì)它進(jìn)行訪問。362、靜態(tài)成員函數(shù)可以通過定義和使用靜態(tài)成員函數(shù)來訪問靜態(tài)數(shù)據(jù)成員。所謂靜態(tài)成員函數(shù)就是使用static關(guān)鍵字聲明函數(shù)成員。同靜態(tài)數(shù)據(jù)成員一樣，靜態(tài)成員函數(shù)也屬整個(gè)類，由同一個(gè)類的所有對(duì)象共同維護(hù)，為這些對(duì)象所共享。372、靜態(tài)成員函數(shù)靜態(tài)成員函數(shù)作為成員函數(shù)，它的訪問屬性可以受到類的嚴(yán)格控制。對(duì)公有靜態(tài)成員函數(shù)，可以通過類名或?qū)ο竺麃碚{(diào)用；而一般的非靜態(tài)公有成員函數(shù)只能通過對(duì)象名來調(diào)用。靜態(tài)成員函數(shù)可以直接訪問該類的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員和函數(shù)成員；而訪問非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，必須通過參數(shù)傳遞方式得到對(duì)象名，然后通過對(duì)象名來訪問。38

8.7類成員的保護(hù)和使用

2023/12/2239北京科技大學(xué)1、類的封裝在程序設(shè)計(jì)中，將數(shù)據(jù)與操作數(shù)據(jù)的行為進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，這就是封裝。C++語言提供類這種語言成分來實(shí)現(xiàn)封裝，類是屬性和操作的結(jié)合體，并且在定義類的屬性和操作時(shí)，規(guī)定了它們的可見性。通過封裝將一部分成員作為類與外部的接口，而將其它的成員隱藏起來，以防外界的干擾和誤操作，使程序的不同模塊之間的相互影響減小到最低限度。402、友元在一個(gè)類中，可以利用關(guān)鍵字friend將別的模塊（一般函數(shù)、其它類的成員函數(shù)或其它類）聲明為本類的友元，這樣類中本來隱藏的信息（私有和保護(hù)成員）就可以被友元訪問。友元提供了不同類或?qū)ο蟮某蓡T函數(shù)之間、類的成員函數(shù)與一般函數(shù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享的機(jī)制。友元并不是類的成員。412、友元關(guān)于友元類，要注意：友元關(guān)系是不能傳遞的。B類是A類的友元，C類是B類的友元，C類和A類之間，如果沒有聲明，就沒有任何友元關(guān)系，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。友元關(guān)系是單向的。如果聲明B類是A類的友元，B類的成員函數(shù)就可以訪問A類的私有和保護(hù)數(shù)據(jù)，但A類的成員函數(shù)卻不能訪問B類的私有和保護(hù)數(shù)據(jù)。423、常對(duì)象和常成員定義對(duì)象時(shí)用const進(jìn)行修飾，稱為常對(duì)象，它的數(shù)據(jù)成員值在對(duì)象的整個(gè)生存期間內(nèi)不能被改變。也就是說，常對(duì)象在定義時(shí)必須進(jìn)行初始化，而且不能被更新。使用常量，既實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享、又可以保證數(shù)據(jù)不會(huì)被改變。433、常對(duì)象和常成員對(duì)于類的某個(gè)成員函數(shù)，使用const關(guān)鍵字修飾，稱為常成員函數(shù)。常對(duì)象只能調(diào)用常成員函數(shù)，保證常對(duì)象的數(shù)據(jù)成員不能被修改。使用const說明的數(shù)據(jù)成員稱為常數(shù)據(jù)成員。如果在一個(gè)類中說明了常數(shù)據(jù)成員，那么任何函數(shù)中都不能對(duì)該成員賦值。構(gòu)造函數(shù)對(duì)該數(shù)據(jù)成員進(jìn)行初始化，就只能通過初始化列表。443、常對(duì)象和常成員常成員函數(shù)的特點(diǎn)：const是函數(shù)類型的一個(gè)組成部分，在函數(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)也要帶const關(guān)鍵字。常成員函數(shù)不能更新對(duì)象的數(shù)據(jù)成員，也不能調(diào)用該類中的非常成員函數(shù)。常對(duì)象只能調(diào)用常成員函數(shù)，但是常成員函數(shù)也可以被普通對(duì)象來調(diào)用。const關(guān)鍵字可以被用于參與對(duì)重載函數(shù)的區(qū)分。45

8.8類的組合

2023/12/2246北京科技大學(xué)8.8類的組合類的組合（也稱類的聚集），描述的就是一個(gè)類內(nèi)嵌其它類的對(duì)象作為數(shù)據(jù)成員的情況，它們之間的關(guān)系是一種包含與被包含的關(guān)系。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中，可以對(duì)復(fù)雜對(duì)象進(jìn)行分解、抽象，把一個(gè)復(fù)雜對(duì)象分解為簡(jiǎn)單對(duì)象的組合。

47當(dāng)創(chuàng)建組合類的對(duì)象時(shí)，各個(gè)內(nèi)嵌對(duì)象也將被自動(dòng)創(chuàng)建。因此，在創(chuàng)建組合類對(duì)象時(shí)既要對(duì)本類的基本數(shù)據(jù)成員進(jìn)行初始化，又要對(duì)內(nèi)嵌對(duì)象成員進(jìn)行初始化。在聲明一個(gè)組合類的對(duì)象時(shí)，不僅它自身的構(gòu)造函數(shù)將被調(diào)用，而且還將調(diào)用其內(nèi)嵌對(duì)象的構(gòu)造函數(shù)。8.8類的組合48組合類構(gòu)造函數(shù)定義的一般形式為：類名