C++类的详解

Posted 2021-02-28

超女选秀的例子我们玩了很久，为了学习的需要，暂时离开美眉们，我将采用实际项目开发的例子来讲解类的更多知识。

在C语言基础知识中已学习过文件操作，在实际开发中，为了提高效率，我会把文件操作封装成一个类，类的声明如下：

// 文件操作类声明
class CFile
{
private:
  FILE *m_fp;        // 文件指针
  bool  m_bEnBuffer; // 是否启用缓冲区，true-启用；false-不启用

public:
  CFile();   // 类的构造函数
  CFile(bool bEnBuffer);   // 类的构造函数

 ~CFile();   // 类的析构函数

  void EnBuffer(bool bEnBuffer=true);  // 启、禁用缓冲区

  // 打开文件，参数与fopen相同，打开成功true，失败返回false          
  bool Open(const char *filename,const char *openmode);

  // 调用fprintf向文件写入数据
  void Fprintf(const char *fmt, ... );

  // 调用fgets从文件中读取一行
  bool Fgets(char *strBuffer,const int ReadSize);

  // 关闭文件指针
  void Close();
};

一、类成员的访问权限

C++通过 public、protected、private三个关键字来控制成员变量和成员函数的访问权限，它们分别表示公有的、受保护的、私有的，被称为成员访问限定符。所谓访问权限，就是类外面的代码访问该类中成员权限。

在类的内部，即类的成员函数中，无论成员被声明为 public、protected 还是private，都是可以互相访问的，没有访问权限的限制。

在类的外部（定义类的代码之外），只能通过对象访问public的成员，不能访问 private、protected属性的成员。

本节重点介绍 public 和 private，protected 将在以后介绍。

private 后面的成员都是私有的，如m_fp和m_bEnBuffer，直到有 public出现才会变成共有的；public 之后再无其他限定符，所以 public后面的成员都是共有的。

private关键字的作用在于更好地隐藏类的内部实现，该向外暴露的接口（能通过对象访问的成员）都声明为public，不希望外部知道、或者只在类内部使用的、或者对外部没有影响的成员，都建议声明为private。

声明为 private 的成员和声明为 public 的成员的次序任意，既可以先出现 private部分，也可以先出现 public 部分。如果既不写 private 也不写 public，就默认为private。

在一个类体中，private 和 public可以分别出现多次。每个部分的有效范围到出现另一个访问限定符或类体结束时（最后一个右花括号）为止。

您可能会说，将成员变量全部设置为 public 省事，确实，这样做 99.9%的情况下都不是一种错误，我也不认为这样做有什么不妥；但是，将成员变量设置为private 是一种软件设计规范，尤其是在大中型项目中，还是请大家尽量遵守这一原则。

二、成员变量的命名

成员变量大都以m_开头，这是约定成俗的写法，不是语法规定的内容。以m_开头既可以一眼看出这是成员变量，又可以和成员函数中的参数名字区分开。

例如成员函数EnBuffer的函数体如下：

// 启、禁用缓冲区
void CFile::EnBuffer(bool bEnBuffer)
{
  m_bEnBuffer=bEnBuffer;
}

三、构造函数

在CFile类的声明中，有一些特殊的成员函数CFile()，它就是构造函数（constructor）。

  CFile();   // 类的构造函数
  CFile(bool bEnBuffer);   // 类的构造函数    

构造函数的名字和类名相同，没有返回值，不能被显式的调用，而是在创建对象时自动执行。

构造函数具备以下特点：

1）构造函数必须是 public 属性。

2）构造函数没有返回值，因为没有变量来接收返回值，即使有也毫无用处，不管是声明还是定义，函数名前面都不能出现返回值类型，即使是void 也不允许。

3）构造函数可以有参数，允许重载。一个类可以有多个重载的构造函数，创建对象时根据传递的参数来判断调用哪一个构造函数。

4）构造函数在实际开发中会大量使用，它往往用来做一些初始化工作，对成员变量进行初始化等，注意，不能用memset对整下类进行初始化。

示例

CFile::CFile()   // 类的构造函数
{
  m_fp=0;
  m_bEnBuffer=true;
}

CFile::CFile(bool bEnBuffer)   // 类的构造函数
{
  m_fp=0;
  m_bEnBuffer=bEnBuffer;  
}

四、析构函数

在CFile类的声明中，还有一个特殊的成员函数~CFile()，它就是析构函数（destructor）。

~CFile();   // 类的析构函数

析构函数的名字在类的名字前加~，没有返回值，但可以被显式的调用，在对象销毁时自动执行，用于进行清理工作，例如释放分配的内存、关闭打开的文件等，这个用途非常重要，可以防止程序员犯错。

析构函数具备以下特点：

1）构造函数必须是 public 属性的。

2）构造函数没有返回值，因为没有变量来接收返回值，即使有也毫无用处，不管是声明还是定义，函数名前面都不能出现返回值类型，即使是void 也不允许。

3）析构函数不允许重载的。一个类只能有一个析构函数。

CFile::~CFile()   // 类的析构函数
{
  Close();  // 调用Close释放资源
}

五、C++程序也很优雅

很多人说C/C++程序很烦锁，python程序很优雅，说这话人的很荒谬，那是因为他C/C++并不了解，只要我们愿意，可以写出和python一样优雅简洁的代码，在book210.cpp中，main函数的代码极为精简。

示例（book210.cpp）

/*
 * 程序名：book210.cpp，此程序演示用C++类的更多知识。
 * 作者：C语言技术网(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdarg.h>

// 文件操作类声明
class CFile
{
private:
  FILE *m_fp;        // 文件指针
  bool  m_bEnBuffer; // 是否启用缓冲区，true-启用；false-不启用

public:
  CFile();   // 类的构造函数
  CFile(bool bEnBuffer);   // 类的构造函数

 ~CFile();   // 类的析构函数

  void EnBuffer(bool bEnBuffer=true);  // 启、禁用缓冲区

  // 打开文件，参数与fopen相同，打开成功true，失败返回false          
  bool Open(const char *filename,const char *openmode);

  // 调用fprintf向文件写入数据
  void Fprintf(const char *fmt,... );

  // 调用fgets从文件中读取一行
  bool Fgets(char *strBuffer,const int ReadSize);

  // 关闭文件指针
  void Close();
};

int main(int argc,char *argv[])
{
  if (argc !=2) { printf("请输入待打开的文件名。
"); return -1; }

  CFile File;

  if (File.Open(argv[1],"r")==false) { printf("File.Open(%s)失败。
",argv[1]); return -1; }

  char strLine[301];

  while (true)
  { // 从文件中读取每一行
    if (File.Fgets(strLine,300)==false) break;

    printf("%s",strLine);   // 把从文件中读到的内容显示到屏幕
  }
}

CFile::CFile()   // 类的构造函数
{
  m_fp=0;
  m_bEnBuffer=true;
}

CFile::CFile(bool bEnBuffer)   // 类的构造函数
{
  m_fp=0;
  m_bEnBuffer=bEnBuffer;
}

// 关闭文件指针
void CFile::Close() 
{
  if (m_fp!=0) fclose(m_fp);  // 关闭文件指针
  m_fp=0;
}

CFile::~CFile()   // 类的析构函数
{
  Close();  // 调用Close释放资源
}

// 启、禁用缓冲区
void CFile::EnBuffer(bool bEnBuffer)
{
  m_bEnBuffer=bEnBuffer;
}

// 打开文件，参数与fopen相同，打开成功true，失败返回false          
bool CFile::Open(const char *filename,const char *openmode)
{
  Close();  // 打开新的文件之前，如果已经打开了文件，关闭它。

  if ( (m_fp=fopen(filename,openmode)) == 0 ) return false;

  return true;
}

// 调用fprintf向文件写入数据
void CFile::Fprintf(const char *fmt,...)
{
  if ( m_fp == 0 ) return;

  va_list ap;
  va_start(arg,ap);
  vfprintf(m_fp,fmt,ap);
  va_end(ap);

  if ( m_bEnBuffer == false ) fflush(m_fp);
}

// 调用fgets从文件中读取一行
bool CFile::Fgets(char *strBuffer,const int ReadSize)
{
  if ( m_fp == 0 ) return false;

  memset(strBuffer,0,ReadSize);

  if (fgets(strBuffer,ReadSize,m_fp) == 0) return false;

  return true;
}

book210运行的效果就是把文件的内容一行一行的显示出来，类型linux系统的cat命令。

六、类的其它知识

关于类的其它知识，包括this指针、static静态成员、友元等内容，意义不大，我不介绍了，时间太宝贵，有太多重要的知识要学习，没必要把时间浪费在这些不痛不痒又没什么实用价值的知识点上，大家以后有时间了再看也行。

七、可变参数

我们已经介绍过printf、fprintf、sprintf、snprintf函数，它们是一组功能相似的函数，并且有一个共同点，就是函数的参数列表是可以变化的。

函数的声明如下：

int printf(const char *format, ...);        // 格式化输出到屏幕
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);  // 格式化输出到文件
int sprintf(char *str, const char *format, ...);     // 格式化输出到字符串
int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, ...); // 格式化输出指定长度的内容到字符串

在实际开发中，我们的自定义函数也会用到可变参数，实现类似上述函数的功能，例如CFile类的Fprintf成员函数。

C语言采用va_start宏、va_end宏和一系列函数来实现可变参数功能。

void CFile::Fprintf(const char *fmt,...)
{
  if ( m_fp == 0 ) return;

  va_list ap;
  va_start(arg,ap);
  vfprintf(m_fp,fmt,ap);
  va_end(ap);

  if ( m_bEnBuffer == false ) fflush(m_fp);
}

以CFile类的Fprintf成员函数为例。

void CFile::Fprintf(const char *fmt,...);     // 可变参数自定义函数的声明方法

va_list指针、va_start宏、va_end宏用于分析参数，难以理解，大家会用就行，我不详细介绍。

  va_list ap;
  va_start(ap,fmt);
  vfprintf(m_fp,fmt,ap);     
  va_end(ap);

vfprintf函数把宏分析的结果输出到文件，还有一系列功能相似的函数，声明如下：

// 输出的屏幕
int vprintf(const char *format, va_list ap);
// 输出到文件
int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list ap);
// 输出到字符串
int vsprintf(char *str, const char *format, va_list ap);
// 输出到字符串，第二个参数指定了输出结果的长度，类似snprintf函数。
int vsnprintf(char *str, size_t size, const char *format, va_list ap);

八、课后作业

1）编写示例程序，测试类的类成员的访问权限。

2）编写示例程序，测试类的构造函数和它的重载，采用gdb跟踪构造函数的执行过程。

3）编写示例程序，测试类的析构函数，采用gdb跟踪析构造的执行过程。

4）编写示例程序，实现printf、sprintf和snprintf函数的功能，函数的声明如下：

int myprintf(const char *format, ...);
int mysprintf(const char *format, ...);
int mysnprintf(const char *format, ...);

5）类定义包括成员变量和成员函数的声明以及成员函数的定义，在实际开发中，我们通常将公共类的声明放在头文件中（如_public.h），成员函数的定义放在程序文件中（如_public.cpp），请按这种方式修改book210.cpp程序，增加_public.h和_public.cpp程序，修改makefile。

九、版权声明

C语言技术网原创文章，转载请说明文章的来源、作者和原文的链接。
来源：C语言技术网（www.freecplus.net）
作者：码农有道

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