C++ 语言类成员

Dear 丶 2022-09-05 15:58 212阅读 0赞

#  C++ 语言类成员 #

## 1. 定义一个类型成员 ##

`Screen` 表示显示器中的一个窗口。每个 `Screen` 包含一个用于保存 `Screen` 内容的 `std::string` 成员和三个 `string::size_type` 类型的成员，它们分别表示光标的位置以及屏幕的高和宽。除了定义数据和函数成员之外，类还可以自定义某种类型在类中的别名。由类定义的类型名字和其他成员一样存在访问限制，可以是 `public` 或者 `private` 中的一种。

class Screen {
    public:
    	typedef std::string::size_type pos;
    
    private:
    	pos cursor = 0;
    	pos height = 0, width = 0;
    	std::string contents;
    };

我们在 `Screen` 的 `public` 部分定义了 `pos`，这样用户就可以使用这个名字。`Screen` 的用户不应该知道 `Screen` 使用了一个 `string` 对象来存放它的数据，因此通过把 `pos` 定义成 `public` 成员可以隐藏 `Screen` 实现的细节。

关于 `pos` 的声明我们使用了 `typedef`，也可以等价地使用类型别名。用来定义类型的成员必须先定义后使用，类型成员通常岀现在类开始的地方。

class Screen {
    public:
    	// 使用类型别名等价地声明一个类型名字
    	using pos = std::string::size_type;
    	......
    };

## 2. Screen 类的成员函数 ##

添加一个构造函数令用户能够定义屏幕的尺寸和内容，以及其他两个成员，分别负责移动光标和读取给定位置的字符。

class Screen {
    public:
    	typedef std::string::size_type pos;
    	Screen() = default;  // 因为 Screen 有另一个构造函数，所以本函数是必需的
    
    	// cursor 被其类内初始值初始化为 0
    	Screen(pos ht, pos wd, char c) : height(ht), width(wd), contents(ht * wd, c) {}
    
    	// 读取光标处的字符 - 隐式内联
    	char get() const
    	{
    		return contents[cursor];
    	}
    	inline char get(pos ht, pos wd) const;  // 显式内联
    	Screen &move(pos r, pos c);  // 可以在之后被设为内联
    
    private:
    	pos cursor = 0;
    	pos height = 0, width = 0;
    	std::string contents;
    };

因为我们已经提供了一个构造函数，所以编译器将不会自动生成默认的构造函数。如果我们的类需要默认构造函数，必须显式地把它声明出来。在此例中，使用 `= default` 告诉编译器为我们合成默认的构造函数。

需要指出的是，第二个构造函数 (接受三个参数) 为 `cursor` 成员隐式地使用了类内初始值。如果类中不存在 `cursor` 的类内初始值，我们就需要像其他成员一样显式地初始化 `cursor` 了。

## 3. 令成员作为内联函数 ##

在类中，常有一些规模较小的函数适合于被声明成内联函数。定义在类内部的成员函数是自动 `inline` 的。`Screen` 的构造函数和返回光标所指字符的 `get` 函数默认是 `inline` 函数。

我们可以在类的内部把 `inline` 作为声明的一部分显式地声明成员函数，也能在类的外部用 `inline` 关键字修饰函数的定义。

// 可以在函数的定义处指定 inline
    inline Screen &Screen::move(pos r, pos c)
    {
    	pos row = r * width;  // 计算行的位置
    	cursor = row + c;  // 在行内将光标移动到指定的列
    	return *this;  // 以左值的形式返回对象
    }
    
    // 在类的内部声明成 inline
    char Screen::get(pos r, pos c) const
    {
    	pos row = r * width;  // 计算行的位置
    	return contents[row + c];  // 返回给定列的字符
    }

虽然我们无须在声明和定义的地方同时说明 `inline`，但这么做其实是合法的。不过，最好只在类外部定义的地方说明 `inline`，这样可以使类更容易理解。和我们在头文件中定义 `inline` 函数的原因一样，`inline` 成员函数也应该与相应的类定义在同一个头文件中。

## 4. 重载成员函数 ##

和非成员函数一样，成员函数也可以被重载，只要函数之间在参数的数量和/或类型上有所区别就行。成员函数的函数匹配过程同样与非成员函数非常类似。

我们的 `Screen` 类定义了两个版本的 `get` 函数。一个版本返回光标当前位置的字符；另一个版本返回由行号和列号确定的位置的字符。编译器根据实参的数量来决定运行哪个版本的函数：

Screen myscreen;
    char ch = myscreen.get();  // 调用 Screen::get()
    ch = myscreen.get(0, 0);  // 调用 Screen::get(pos, pos)

## 5. 可变数据成员 ##

可变数据成员 (mutable data member) 永远不是 `const`，即使它属于 `const` 对象。在 `const` 函数内可以修改可变数据成员。

我们希望能修改类的某个数据成员，即使是在一个 `const` 成员函数内。可以通过在变量的声明中加入 `mutable` 关键字做到这一点。

一个可变数据成员 (mutable data member) 永远不会是 `const`，即使它是 `const` 对象的成员。一个 `const` 成员函数可以改变一个可变成员的值。我们将给 `Screen` 添加一个名为 `access_ctr` 的可变成员，通过它我们可以追踪每个 `Screen` 的成员函数被调用了多少次：

class Screen {
    public:
    	void some_member() const;
    private:
    	mutable size_t access_ctr;  // 即使在一个 const 对象内也能被修改
    	......
    };
    void Screen::some_member() const
    {
    	++access_ctr;  // 保存一个计数值，用于记录成员函数被调用的次数
    	......
    }

尽管 `some_member` 是一个 `const` 成员函数，它仍然能够改变 `access_ctr` 的值。该成员是个可变员，因此任何成员函数，包括 `const` 函数在内都能改变它的值。

## 6. 类数据成员的初始值 ##

在定义好 `Screen` 类之后，我们将继续定义一个窗口管理类并用它表示显示器上的一组 `Screen`。这个类将包含一个 `Screen` 类型的 `std::vector`，每个元素表示一个特定的 `Screen`。默认情况下，我们希望 `Window` 类开始时总是拥有一个默认初始化的 `Screen`。在 C++11 新标准中，最好的方式就是把这个默认值声明成一个类内初始值。

class Window {
    private:
    	// 默认情况下，一个 Window 包含一个标准尺寸的空白 Screen
    	std::vector<Screen> screens{ Screen(24, 80, ' ') };
    };

当我们初始化类类型的成员时，需要为构造函数传递一个符合成员类型的实参。我们使用一个单独的元素值对 `std::vector` 成员执行了列表初始化，这个 `Screen` 的值被传递给 `std::vector<Screen>` 的构造函数，从而创建了一个单元素的 `std::vector` 对象。具体地说，`Screen` 的构造函数接受两个尺寸参数和一个字符值，创建了一个给定大小的空白屏幕对象。

类内初始值必须使用 `=` 的初始化形式 (初始化 `Screen` 的数据成员时所用的) 或者花括号括起来的直接初始化形式 (初始化 `screens` 所用的)。我们提供一个类内初始值时，必须以符号 `=` 或者花括号表示。

## References ##

(美) Stanley B. Lippman, (美) Josée Lajoie, (美) Barbara E. Moo 著, 王刚, 杨巨峰 译. C++ Primer 中文版\[M\]. 第 5 版. 电子工业出版社, 2013.  
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