C++学习 十三、类 （1）类与对象，this指针

前言

本篇开始进入C++的特色核心部分，类与对象。

面向对象的编程

C语言是面向过程的编程，在设计某项功能时，首先考虑功能的流程，再考虑数据的表示方法。

C++是面向对象的编程，在设计某项功能时，需要同时考虑数据的表示方法，以及数据的使用和交互。

C++类是面向对象编程的具体体现，与C++结构类似，但与C结构不同。

类可以简单形容为类数据+类方法。

类与对象 类定义

类定义包含类声明和类方法定义两部分。

类声明，关键字class

关键字class用于声明一个类，一个典型的简单类声明如下所示：

class SimpleClass{
	private:
		int a_;
	public:
		SimpleClass();
		void set(int);
		int get();
		~SimpleClass();
};

类声明用于描述类的数据成员，以及类的成员函数的使用方式（原型）。数据成员简称类数据，成员函数又称类方法。

上面的类声明指出，SimpleClass类有一个int数据成员a_，四个类方法。

类的访问控制

为了封装、隐藏数据，类提供了三种访问成员和方法的权限，public公有，private私有，protected保护。

public公有部分可以直接由程序访问。

private私有部分只能被类的公有方法或者友元函数访问。

protected保护部分与类继承相关。

通常，类数据放在private部分中，而类方法放在public部分中。

注意：如果某个类方法只在类内部使用，而不必与外部程序交互，则可以设计成私有方法。私有方法同样只能被公有方法或友元函数使用。

SimpleClass中的a_不能被程序直接访问，而类方法都是可以直接使用的。

注意：类的默认访问权限是private，结构的默认访问权限是public。

类方法定义，类名作用域解析

声明一个类后，需要在类外定义每一个类的成员函数，也就是类方法定义。

定义类方法时，需要通过类名作用域解析指明函数所属的类，接着SimpleClass的示例如下：

// declare_class.h
#ifndef DECLARE_CLASS_H
#define DECLARE_CLASS_H

class SimpleClass{
	private:
		int a_;
	public:
		SimpleClass();
		void set(int);
		int get();
		~SimpleClass();
};

#endif

// define_class_method.cpp
#include "declare_class.h"

void SimpleClass::set(int a){
	a_ = a;
}

int SimpleClass::get(){
	return a_;
}

类方法可以访问类数据a_，即使a_是类私有的。

类的内联方法

除了在类外定义成员函数外，也可以在类声明中直接定义成员函数，这些函数将自动成为内联函数，即类的内联方法，示例如下：

// declare_class.h
#ifndef DECLARE_CLASS_H
#define DECLARE_CLASS_H

class SimpleClass{
	private:
		int a_;
	public:
		SimpleClass();
		void set(int);
		int get();
		
		void add(int x) { // inline method
			a_ += x;
		}
		
		~SimpleClass();
};

#endif

这样SimpleClass::add(int)就是一个内联函数。

也可以在类外定义类的内联方法，只需要在类方法定义时使用inline即可。这两种方法是等效的：

// declare_class.h
#ifndef DECLARE_CLASS_H
#define DECLARE_CLASS_H

class SimpleClass{
	private:
		int a_;
	public:
		SimpleClass();
		void set(int);
		int get();
		
		void add(int x); // inline method
		
		~SimpleClass();
};

#endif

// define_class_method.cpp
#include "declare_class.h"

void SimpleClass::set(int a){
	a_ = a;
}

int SimpleClass::get(){
	return a_;
}

inline void add(int x) {
	a += x;
}

注意：一般而言，内联函数都写在头文件中。因此类的内联方法最好也采用在类声明内定义成员函数的方式。

类使用 类的对象

定义了一个类后，类就成为了一种新的类型，类名即类型名。类的变量就称作对象。创建类的变量，就是创建了类的一个对象：

// use_class.cpp
#include "declare_class.h"

void main(){
	SimpleClass sc1;
}

sc1就是SimpleClass类的一个对象。

每个对象都有自己的内存空间，存储该对象自己的数据。但是，同一个类的所有对象共享一组类方法，类方法在内存中只有一个副本，不同对象调用的函数是一样的，不过调用函数使用的数据不同。

也可以使用new来为对象开辟动态内存。

使用类方法，访问类数据

类方法（非静态）需要通过对象进行调用，采用成员运算符.：

// use_class.cpp
#include "declare_class.h"

void main(){
	SimpleClass sc1;
	sc1.set(1);
	int ret = sc1.get(); // 1
}

此时，类方法将使用调用它的对象的内部数据。

对象与数组

实际上，定义一个类后，类名的使用就与其它类型没有区别了。例如可以创建对象数组，使用对象数组中的元素：

// use_class.cpp
#include "declare_class.h"

void main(){
	SimpleClass sc_array[5];
	sc_array[0].set(2);
}

对象与指针

对象指针的使用方法也与普通类型相同：

// use_class.cpp
#include "declare_class.h"

void main(){
	SimpleClass* psc = new SimpleClass;
	psc->set(3);
	delete psc;
	psc = nullptr;
}

this指针

类的每个成员函数，都有一个this指针，该指针指向调用成员函数的对象。

this指针是一个指针常量，也就是说this只读。

可以在成员函数中通过*this调用对象本身，可以使用->调用对象的数据成员和成员函数，示例如下：

// define_class_method.cpp
#include "declare_class.h"

void SimpleClass::set(int a){
	this->a_ = a;
	// a_ = a; // equal
}

this指针的实质

this实际上是类成员函数的一个形参，调用成员函数时，将把对象的地址作为实参传给this。该形参是隐式存在的。

因此，this是类的成员函数中的一个局部变量。

常量this指针

如果希望使用成员函数时不修改对象内部的数据，则可以令this指向常量。

具体做法是在成员函数的参数列表后添加关键字const，此时this指针就变成一个类似className const * const的指针，示例如下：

// define_class_method.cpp
#include "declare_class.h"

int SimpleClass::get() const {
	return a_;
}

这样，SimpleClass::get()就不能修改对象中a_的数据了。这样的函数被称为const成员函数。

注意：常量对象不能使用非const成员函数，因为非const成员函数不能保证调用的对象不被修改。

尽量将不修改对象数据的成员函数声明和定义为const成员函数。

后记

下篇继续C++类，构造函数与析构函数。