C++之关键字class整理

原创 已于 2025-02-13 11:36:34 修改 · 1.3k 阅读 · 24 ·
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#c++ #开发语言

于 2025-02-13 11:35:03 首次发布

C++之class深度总结

在C++中，class是一种用户自定义的数据类型，并且可以将数据和函数捆绑在一起，形成一个逻辑实体。class是C++面向对象编程（OOP）的基础，提供了将数据和函数捆绑的方式，让代码更加的模块化、提升了代码的可重用性和易读性。

一、C++ class的定义

class是C++中一个重要的关键字，用它来定义类型，其形式如下：

class ClassName{
public:
// 公共的行为和属性
protected:
// 被保护的行为和属性
private:
// 私有的行为和属性
};

1.1 访问控制

class可以通过访问控制符来限制对成员的访问；C++提供了三种控制级别：public、protected和private。默认情况下，class的成员是私有的，只允许类内部的成员函数（和友元类/函数）访问，但是可以通过使用访问控制符来进行控制调整。

1.2 class的三大特性

C++的class有三大特性：封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）和多态（Polymorphism）。
封装： class支持封装，意思就是可以藏逻辑的细节，只提供必要的接口（API）给外部调用。通过将数据私有化并提供公有的访问函数，class通过控制数据的访问操作，从而提高数据安全性。
继承： class可以通过继承来生成新的类（即派生类）。子类（派生类）可以继承父类（基类）的成员（包括数据成员和成员函数），并且可以添加新的成员或覆盖父类的成员。
多态： class的多态性是指允许使用基类的指针或引用来指向派生类的对象，并且可以再运行时动态绑定到正确的函数。多态性是通过虚函数或纯虚函数来（即关键字virtual修饰的函数）实现的。

1.3 成员函数

class可以包含成员函数（即方法或操作），用于处理内部的成员数据。这些成员函数可以访问和修改对象内部的数据，从而执行特定的操作。

1.3.1 构造和析构函数

class中的构造函数和析构函数，用于类对象的初始化和销毁。构造函数在创建对象时被调用，而析构函数则是在对象销毁时被调用，用来释放资源等销毁操作。

class TestClass{
public:
	// 构造函数
	TestClass();
	// 析构函数
	~TestClass();
};

何时使用关键字 explicit ?
explicit可以修饰只有一个参数的构造函数，或者有默认参数的多参数构造函数。当构造函数被explicit修饰后，该构造函数只能显式调用，不能用于隐式类型转换。例如：

class TestClass{
public:
	explicit TestClass(int value){}
	// 或者
	explicit TestClass(int value, int value2 = 0,...){}
	// 或者
	explicit TestClass(int value = 1,...){}
};

int main(){
	TestClass obj = 1; // 错误，不能隐式转换
	TestClass obj2(2); // 正确，显式调用
}

explicit的作用和重要性：

  1. 防止隐式类型转换： explicit关键字可以防止编译器自动将一个类型转换为另一个类型，从而避免潜在的错误和精度丢失。
  2. 提高代码的可读性： 通过明确指定类型转换，可以使代码更加清晰易懂，减少因隐式转换导致的错误。
  3. 避免意外结果： 隐式转换可能会导致意外的结果，使用explicit可以避免这种情况，确保代码能按预期运行。
1.3.2 关键字inline

inline作为C++中的关键字，在函数声明或定义中，在函数返类型前加上关键字inline（这样可以把函数指定为内联函数）。关键字inline的作用主要是用来解决一些频繁调用的函数大量消耗栈空间（栈内存）的问题。需要注意的是，被inline修饰的函数的逻辑不能太复杂，做好不要超过10行代码，不包含循环语句等。

class TestClass{
public:
	inline int add (int a, int b){
		return a + b;
	}
};
1.3.3 虚函数与纯虚函数
1.3.4 重载

重载是在同一个作用域（同一个类内）内存在多个同名函数或操作符的能力，只要它们的参数类型或参数个数不同即可，可以执行多种类型的操作。


class TestClass{
public:
	TestClass(double r = 0.f, double i = 0.f):
		real(r),
		imag(i){

	}

	// 函数重载
	void display(int a){
		std::cout << "Display int: " << a << std::endl;
	}

	// 函数重载
	void display(std::string& a){
		std::cout << "Diaplay string: " << a << std::endl;
	}
	
	// 运算符重载
	TestClass operator+(const TestClass &b){
		TestClass tmp;
		tmp.real = this->real + b.real;
		tmp.imag = this->imag + b.imag;
		return tmp
	}
private:
	double real, imag;
};

需要注意：

  • 参数类型和数量：这是区分重载函数的关键。参数顺序、类型或数量必须不同；
  • 返回类型：仅当参数列表不同时，返回类型不影响重载决议。
  • 友元函数：如果操作符重载需要访问lei的私有成员，通常定位为友元函数。
  • 构造函数重载：类可以有多个构造函数，只要它们的参数列表不同。这是构造函数重载的一个常见用法。
  • 模板和重载：可以将模板和重载结合，创建灵活的通用代码。例如，使用模板函数来处理不同类型的数组元素。
1.3.5 static

在类的内部声明静态函数时，需要用关键字static修饰，但是在类外部定义函数时就不需要了。因为static成员是类的组成部分但不是任何对象的组成部分，所以有以下几个特点：

  1. static函数没有this指针；
  2. static函数不能被声明为const（将成员函数声明为const就是chengnuo不会修改该函数所属的对象）；
  3. static成员函数也不能被声明为虚函数。
// .hpp头文件
class TestClass{
public:
	TestClass();
	static int add(int value);
private:
	static int v;
};

// .cpp 源文件
int TestClass::add(int value){
	return TestClass::v + add;
}

1.4 成员变量

class中包含各种数据成员，也可称为类的属性或字段，它们主要用于存储类的属性或状态。它们的数据类型有浮点型、整型、bool型等。

1.4.1 static

static数据成员可以声明为任意类型，可以是常量、引用、数组、类类型等等。
static数据成员必须在类定义的外部定义，并且在定义时进行初始化。
定义该数据成员时，它的定义是在源文件中：

// .hpp 头文件
class TestClass{
public:
	TestClass(){}
private:
	static int value;
	// 特殊的静态常量整型成员
	static const int value2 = 5;
};

// .cpp 源文件
int TestClass::value = 10;

1.5 this指针

在成员函数中有一个附加的隐含形参（即this指针），它由编译器隐含的定义。同时成员函数可以显式使用this指针。

class TestClass{
...
public:
	TestClass(){}
	TestClass& get(){ return *this; }
};

二、继承

继承（inheritance ）是面向对象程序设计中代码重复使用的重要手段，它允许程序员在保持原有类特性的基础上进行扩展，增加类型的功能，新生成的类被称为派生类（或子类）。利用继承这一特性，可以体现出面向对象设计的层次结构，体现了从简单到复杂的认知过程。

class Person{
public:
	string name;
	int age;
};

class Student: public Person{
public:
	int _major;
	int _id;
};

“Student“是派生类的名称
“:”表示要继承
“public”表示继承的方式，继承的方式有public、protected、private三种方式
“Person”是基类

继承方式和访问限定符的关系，如下表所示:

类成员/继承方式publicprotectedprivate
public成员publicprotectedprivate
protected成员protectedprotectedprivate
private成员不可见不可见不可见

总结：

  1. 基类中的private成员，虽然也被派生类继承，但是在派生类中是不可见的（即不能去访问）。
  2. 继承时，若不指定继承方式，class默认的继承方式为private，而struct默认的继承方式为public。
  3. 继承的权限排序：public>protected>private。

三、友元

友元，它是允许一个类将其非公有成员的访问权限授予指定的函数或类；不过友元破坏了class的封装性。友元有两种即友元类和友元函数；友元可以卸载class内的任何位置，建议将友元的声明放在类定义的开始或结尾。

关键字friend就是用来声明友元函数的。

class FirendTestClass{
public:
	void test(int value);
};
void test(int value);

class TestClass{
public:
	// 友元类
	friend class FirendTestClass;
	// 友元函数
	frient void FirendTestClass::test(int value);
	frient void test(int value);
};

需要注意的：
1. 友元是单向性的；
2. 友元不具备继承性。

扩展

  1. 一个空类的size为1。
class EmptyClass{
};
std::cout << sizeof(EmptyClass) << std::endl;
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