第四章 面向对象编程

   CVector (int, int);            // 函数名称 CVector (constructor)
   CVector operator+ (CVector);   // 函数 operator+ 返回CVector 类型的值
   

Class CVector的函数 operator+ 是对数学操作符+进行重载的函数。这个函数可以用以下两种方法进行调用：

c = a + b;
U'S(Ma~+j/j$b5cEy0c = a.operator+ (b);

就像一个class默认包含一个空构造函数和一个复制构造函数一样，它同时包含一个对赋值操作符assignation operator (=)的默认定义，该操作符用于两个同类对象之间。这个操作符将其参数对象(符号右边的对象) 的所有非静态 (non-static) 数据成员复制给其左边的对象。当然，你也可以将它重新定义为你想要的任何功能，例如，只拷贝某些特定class成员。

重载一个操作符并不要求保持其常规的数学含义，虽然这是推荐的。例如，虽然我们可以将操作符+定义为取两个对象的差值，或用==操作符将一个对象赋为0，但这样做是没有什么逻辑意义的。

虽然函数operator+ 的原型定义看起来很明显，因为它取操作符右边的对象为其左边对象的函数operator+的参数，其它的操作符就不一定这么明显了。以下列表总结了不同的操作符函数是怎样定义声明的 (用操作符替换每个@):

* 这里a 是class A的一个对象，b 是 B 的一个对象，c 是class C 的一个对象。

从上表可以看出有两种方法重载一些class操作符：作为成员函数（member function）或作为全域函数(global function)。它们的用法没有区别，但是我要提醒你，如果不是class的成员函数，则不能访问该class的private 或 protected 成员，除非这个全域函数是该class的 friend (friend 的含义将在后面的章节解释)。

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关键字 this

关键字this 通常被用在一个class内部，指正在被执行的该class的对象(object)在内存中的地址。它是一个指针，其值永远是自身object的地址。

它可以被用来检查传入一个对象的成员函数的参数是否是该对象本身。例如：

    // this
    #include <iostream.h>
    
    class CDummy {
      public:
        int isitme (CDummy& param);
    };
    
    int CDummy::isitme (CDummy& param) {
        if (&param == this) return 1;
        else return 0;
    }
    
    int main () {
        CDummy a;
        CDummy* b = &a;
        if ( b->isitme(a) )
            cout << "yes, &a is b";
        return 0;
    }
			

它还经常被用在成员函数operator= 中，用来返回对象的指针(避免使用临时对象)。以下用前面看到的向量(vector)的例子来看一下函数operator= 是怎样实现的：

   CVector& CVector::operator= (const CVector& param) {
r`)O.~4~-~0       x=param.x;社区门户S?wpW+]9X(A[
       y=param.y;社区门户W{*ka4M
XXE;L
I
       return *this;
'z~w8H0^#y0   }

实际上，如果我们没有定义成员函数operator=，编译器自动为该class生成的默认代码有可能就是这个样子的。

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静态成员(Static members)

一个class 可以包含静态成员(static members)，可以是数据，也可以是函数。

一个class的静态数据成员也被称作类变量"class variables"，因为它们的内容不依赖于某个对象，对同一个class的所有object具有相同的值。

例如，它可以被用作计算一个class声明的objects的个数，见以下代码程序：

    // static members in classes
    #include <iostream.h>
    
    class CDummy {
      public:
        static int n;
        CDummy () { n++; };
        ~CDummy () { n--; };
    };
    
    int CDummy::n=0;
    
    int main () {
        CDummy a;
        CDummy b[5];
        CDummy * c = new CDummy;
        cout << a.n << endl;
        delete c;
        cout << CDummy::n << endl;
        return 0;
    } 
			

实际上，静态成员与全域变量(global variable)具有相同的属性，但它享有类(class)的范围。因此，根据ANSI-C++ 标准，为了避免它们被多次重复声明，在class的声明中只能够包括static member的原型(声明)，而不能够包括其定义(初始化操作)。为了初始化一个静态数据成员，我们必须在class之外(在全域范围内)，包括一个正式的定义，就像上面例子中做法一样。

因为它对同一个class的所有object是同一个值，所以它可以被作为该class的任何object的成员所引用，或者直接被作为class的成员引用(当然这只适用于static 成员)：

cout << a.n;社区门户h"C0e:mM.L i
cout << CDummy::n;

以上两个调用都指同一个变量：class CDummy里的static 变量 n 。

在提醒一次，它其实是一个全域变量。唯一的不同是它的名字跟在class的后面。

就像我们会在class中包含static数据一样，我们也可以使它包含static 函数。它们表示相同的含义：static函数是全域函数(global functions)，但是像一个指定class的对象成员一样被调用。它们只能够引用static 数据，永远不能引用class的非静态(nonstatic)成员。它们也不能够使用关键字this，因为this实际引用了一个对象指针，但这些 static函数却不是任何object的成员，而是class的直接成员。

4.3 类之间的关系(Relationships between classes)

Friend 函数 (friend 关键字)

在前面的章节中我们已经看到了对class的不同成员存在3个层次的内部保护：public， protected 和 private。在成员为 protected 和 private的情况下，它们不能够被从所在的class以外的部分引用。然而，这个规则可以通过在一个class中使用关键字friend来绕过，这样我们可以允许一个外部函数获得访问class的protected 和 private 成员的能力。

为了实现允许一个外部函数访问class的private 和 protected 成员，我们必须在class内部用关键字friend来声明该外部函数的原型，以指定允许该函数共享class的成员。在下面的例子中我们声明了一个 friend 函数 duplicate：

    // friend functions
    #include <iostream.h>
    
    class CRectangle {
        int width, height;
      public:
        void set_values (int, int);
        int area (void) {return (width * height);}
        friend CRectangle duplicate (CRectangle);
    };
    
    void CRectangle::set_values (int a, int b) {
        width = a;
        height = b;
    }
    
    CRectangle duplicate (CRectangle rectparam) {
        CRectangle rectres;
        rectres.width = rectparam.width*2;
        rectres.height = rectparam.height*2;
        return (rectres);
    }
    
    int main () {
        CRectangle rect, rectb;
        rect.set_values (2,3);
        rectb = duplicate (rect);
        cout << rectb.area();
    }
			

函数duplicate是CRectangle的friend，因此在该函数之内，我们可以访问CRectangle 类型的各个object的成员 width 和 height。注意，在 duplicate()的声明中，及其在后面main()里被调用的时候，我们并没有把duplicate 当作class CRectangle的成员，它不是。

friend 函数可以被用来实现两个不同class之间的操作。广义来说，使用friend 函数是面向对象编程之外的方法，因此，如果可能，应尽量使用class的成员函数来完成这些操作。比如在以上的例子中，将函数duplicate() 集成在class CRectangle 可以使程序更短。

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Friend classes (friend)

就像我们可以定义一个friend 函数，我们也可以定义一个class是另一个的friend，以便允许第二个class访问第一个class的 protected 和 private 成员。

    // friend class
    #include <iostream.h>
    
    class CSquare;

    class CRectangle {
        int width, height;
      public:
        int area (void) {return (width * height);}
        void convert (CSquare a);
    };
    
    Class CSquare {
      private:
        int side;
      public:
        void set_side (int a){side=a;}
        friend class CRectangle;
    };
    
    void CRectangle::convert (CSquare a) {
        width = a.side;
        height = a.side;
    }
    
    int main () {
        CSquare sqr;
        CRectangle rect;
        sqr.set_side(4);
        rect.convert(sqr);
        cout << rect.area();
        return 0;
    }
			

在这个例子中，我们声明了CRectangle 是CSquare 的friend，因此CRectangle可以访问CSquare 的protected 和 private 成员，更具体地说，可以访问CSquare::side，它定义了正方形的边长。

在上面程序的第一个语句里你可能也看到了一些新的东西，就是class CSquare空原型。这是必需的，因为在CRectangle 的声明中我们引用了CSquare (作为convert()的参数)。CSquare 的定义在CRectangle的后面，因此如果我们没有在这个class之前包含一个CSquare 的声明，它在CRectangle中就是不可见的。

这里要考虑到，如果没有特别指明，朋友关系（friendships）并不是相互的。在我们的CSquare 例子中，CRectangle 是一个friend类，但因为CRectangle 并没有对CSquare作相应的声明，因此CRectangle 可以访问CSquare 的 protected 和private 成员，但反过来并不行，除非我们将 CSquare 也定义为CRectangle的 friend。

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类之间的继承(Inheritance between classes)

类的一个重要特征是继承，这使得我们可以基于一个类生成另一个类的对象，以便使后者拥有前者的某些成员，再加上它自己的一些成员。例如，假设我们要声明一系列类型的多边形，比如长方形CRectangle或三角形CTriangle。它们有一些共同的特征，比如都可以只用两条边来描述：高（height）和底（base）。

这个特点可以用一个类CPolygon 来表示，基于这个类我们可以引申出上面提到的两个类CRectangle 和 CTriangle 。

类CPolygon 包含所有多边形共有的成员。在我们的例子里就是： width 和 height。而CRectangle 和 CTriangle 将为它的子类(derived classes)。

由其它类引申而来的子类继承基类的所有可视成员，意思是说，如果一个基类包含成员A ，而我们将它引申为另一个包含成员B的类，则这个子类将同时包含 A 和 B。

要定义一个类的子类，我们必须在子类的声明中使用冒号(colon)操作符: ，如下所示：

class derived_class_name: public base_class_name;

这里derived_class_name 为子类(derived class)名称，base_class_name 为基类(base class)名称。public 也可以根据需要换为protected 或 private，描述了被继承的成员的访问权限，我们在以下例子后会很快看到：

    // derived classes
    #include <iostream.h>
    
    Class CPolygon {
      protected:
        int width, height;
      public:
        void set_values (int a, int b) { width=a; height=b;}
    };
    
    class CRectangle: public CPolygon {
      public:
        int area (void){ return (width * height); }
    };
    
    class CTriangle: public CPolygon {
      public:
        int area (void){ return (width * height / 2); }
    };
    
    int main () {
        CRectangle rect;
        CTriangle trgl;
        rect.set_values (4,5);
        trgl.set_values (4,5);
        cout << rect.area() << endl;
        cout << trgl.area() << endl;
        return 0;
    }
			

如上所示，类 CRectangle 和 CTriangle 的每一个对象都包含CPolygon的成员，即： width, height 和 set_values()。

标识符protected 与 private类似，它们的唯一区别在继承时才表现出来。当定义一个子类的时候，基类的protected 成员可以被子类的其它成员所使用，然而private 成员就不可以。因为我们希望CPolygon的成员width 和 height能够被子类CRectangle 和 CTriangle 的成员所访问，而不只是被CPolygon自身的成员操作，我们使用了protected 访问权限，而不是 private。

下表按照谁能访问总结了不同访问权限类型：

这里"非成员"指从class以外的任何地方引用，例如从main()中，从其它的class中或从全域(global)或本地(local)的任何函数中。

在我们的例子中，CRectangle 和CTriangle 继承的成员与基类CPolygon拥有同样的访问限制：

   CPolygon::width           // protected access
   CRectangle::width         // protected access
   CPolygon::set_values()    // public access
   CRectangle::set_values()  // public access
   

这是因为我们在继承的时候使用的是public，记得我们用的是：

class CRectangle: public CPolygon;

这里关键字 public 表示新的类(CRectangle)从基类(CPolygon)所继承的成员必须获得最低程度保护。这种被继承成员的访问限制的最低程度可以通过使用 protected 或 private而不是public来改变。例如，daughter 是mother 的一个子类，我们可以这样定义：

class daughter: protected mother;

这将使得protected 成为daughter 从mother处继承的成员的最低访问限制。也就是说，原来mother 中的所有public 成员到daughter 中将会成为protected 成员，这是它们能够被继承的最低访问限制。当然这并不是限制daughter 不能有它自己的public 成员。最低访问权限限制只是建立在从mother中 继承的成员上的。

最常用的继承限制除了public 外就是private ，它被用来将基类完全封装起来，因为在这种情况下，除了子类自身外，其它任何程序都不能访问那些从基类继承而来的成员。不过大多数情况下继承都是使用public的。

如果没有明确写出访问限制，所有由关键字class 生成的类被默认为private ，而所有由关键字struct 生成的类被默认为public。

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什么是从基类中继承的? (What is inherited from the base class?)

理论上说，子类(drived class)继承了基类(base class)的所有成员，除了：

• 构造函数Constructor 和析构函数destructor
• operator=() 成员
• friends

虽然基类的构造函数和析构函数没有被继承，但是当一个子类的object被生成或销毁的时候，其基类的默认构造函数 (即，没有任何参数的构造函数)和析构函数总是被自动调用的。

如果基类没有默认构造函数，或你希望当子类生成新的object时，基类的某个重载的构造函数被调用，你需要在子类的每一个构造函数的定义中指定它：

derived_class_name (parameters) : base_class_name (parameters) {}

例如 （注意程序中黑体的部分）：

    // constructors and derivated classes
    #include <iostream.h>
    
    class mother {
      public:
        mother ()
          { cout << "mother: no parameters\n"; }
        mother (int a)
          { cout << "mother: int parameter\n"; }
    };
    
    class daughter : public mother {
      public:
        daughter (int a)
          { cout << "daughter: int parameter\n\n"; }
    };
    
    class son : public mother {
      public:
        son (int a) : mother (a)
          { cout << "son: int parameter\n\n"; }
    };
    
    int main () {
        daughter cynthia (1);
        son daniel(1);
        return 0;
    }
			

观察当一个新的daughter object生成的时候mother的哪一个构造函数被调用了，而当新的son object生成的时候，又是哪一个被调用了。不同的构造函数被调用是因为daughter 和 son的构造函数的定义不同：

   daughter (int a)          // 没有特别制定：调用默认constructor
   son (int a) : mother (a)  // 指定了constructor: 调用被指定的构造函数
   

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多重继承(Multiple inheritance)

在C++ 中，一个class可以从多个class中继承属性或函数，只需要在子类的声明中用逗号将不同基类分开就可以了。例如，如果我们有一个特殊的class COutput 可以实现向屏幕打印的功能，我们同时希望我们的类CRectangle 和 CTriangle 在CPolygon 之外还继承一些其它的成员，我们可以这样写：

class CRectangle: public CPolygon, public COutput {
+{?%n/r&If a0class CTriangle: public CPolygon, public COutput {

以下是一个完整的例子：

    // multiple inheritance
    #include <iostream.h>
    
    class CPolygon {
      protected:
        int width, height;
      public:
        void set_values (int a, int b)
          { width=a; height=b;}
    };
    
    class COutput {
      public:
        void output (int i);
    };
    
    void COutput::output (int i) {
        cout << i << endl;
    }
    
    class CRectangle: public CPolygon, public COutput {
      public:
        int area (void)
          { return (width * height); }
    };
    
    class CTriangle: public CPolygon, public COutput {
      public:
        int area (void)
          { return (width * height / 2); }
    };
    
    int main () {
        CRectangle rect;
        CTriangle trgl;
        rect.set_values (4,5);
        trgl.set_values (4,5);
        rect.output (rect.area());
        trgl.output (trgl.area());
        return 0;
    }