適合具備C語言基礎的C++教程（三）

時間：2021-02-20 11:37:31

關鍵字： C語言 C 嵌入式

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[導讀]在上一則教程中，著重地闡述了構造函數以及析構函數的相關概念，這也是C++中非常重要的兩個概念之一。在今天的教程中，筆者將繼續(xù)敘述 C++相對于 C語言來說不同的點，將詳細敘述命名空間，靜態(tài)成員，友元函數以及運算符重載這幾個知識點。

前言

在上一則教程中，著重地闡述了構造函數以及析構函數的相關概念，這也是C++中非常重要的兩個概念之一。在今天的教程中，筆者將繼續(xù)敘述?C++相對于?C語言來說不同的點，將詳細敘述命名空間，靜態(tài)成員，友元函數以及運算符重載這幾個知識點。

C++ 命名空間

命名空間的存在是為了區(qū)分不同庫的相同的函數名，用一個簡單的例子來說明這個問題就是在?windows的文件系統中，不同文件夾下可以有相同名字的文件，相同文件夾下因為這相同文件處在不同的范圍內，用 C++ 說白了也就是處在不同的命名空間中。文件系統的一個結構圖：

文件系統框圖

定義命名空間

命名空間的定義使用的是關鍵字 namespace，后跟命名空間的名稱，如下所示：

namespace?namespace_name{
????//?代碼聲明
}

為了調用帶有命名空間的函數或者變量，需要在前面加上命名空間的名稱，如下所示：

name::code???//?code?可以是變量或者是函數

例子

下面通過一個例子來說明命名空間的概念，首先，我們具有兩個類，一個是 Dog ，一個是 Person，而這個時候，有兩個函數具有相同的名字，都要輸出不同的信息，這個時候，就有必要使用到命名空間的概念。首先，我們在 dog.h 里面定義一個 dog 類，代碼如下所示：

#ifndef?__DOG_H__
#define?__DOG_H__

namespace?C{

class?Dog{
private:
????char?*name;
????int?age;
public:
????void?setName(char?*name);
????int?setAge(int?age);
????void?printInfo(void);
};

void?printVersion(void);
}
#endif

然后，緊接著來看 dog.cpp 里面的內容。代碼如下所示：

#include?"dog.h"

namespace?C{
????void?Dog::setName(char?*name)
????{
????????this->name?=?name;
????}

????int?Dog::setAge(int?age)
????{
????????if?(age?0?||?age?>?20)
????????{
????????????this->age?=?0;
????????????return?-1;
????????}

????????this->age?=?age;
????????return?0;
????}

????void?Dog::printInfo(void)
????{
????????printf("name?=?%s,?age?=?%d\n",name,age);
????}

????void?printersion(void)
????{
????????printf("Dog?v1");
????}
}

OK ，看完了 Dog 的代碼，我們緊接著來看 Person 的代碼，代碼如下所示：

#ifndef?__PERSON_H__
#define?__PERSON_H__

namespace?A{

class?Person{
private:
????char?*name;
????int?age;
????char?*work;

public:
????void?setName(char?*name);
????int?setAge(int?age);
????void?printInfo(void);
????};

????void?printfVersion(void);
}
#endif

緊接著就是 Person.cpp 的代碼，具體的代碼如下所示：

namespace?A?{

void?Person::setName(char?*name)
{
????this->name?=?name;
}

int?Person::setAge(int?age)
{
????if?(age?0?||?age?>?150)
????{
????????this->age?=?0;
????????return?-1;
????}
????this->age?=?age;
????return?0;
}

void?Person::printInfo(void)
{
????printf("name?=?%s,?age?=?%d,?work?=?%s\n",?name,?age,?work);?
}

void?printVersion(void)
{
????printf("Person?v1\n");
}

}

上述就是所定義的兩個類，我們緊接著來看 main.cpp 的代碼：

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????A::Person?per;
????per.setName("zhangsan");
????per.setAge(16);
????per.printInfo();

????C::Dog?dog;
????dog.setName("wangcai");
????dog.setAge(1);
????dog.printInfo();

????A::printVersion();
????C::printVersion();
????return?0
}

在最后的倒數第二行和倒數第三行，我們可以看到如果這個時候，沒有命名空間的存在，那么就完全不能夠分辨?printVersion這個函數，加上了命名空間之后，就能夠分辨出來了。

靜態(tài)成員

在上述代碼的基礎上，我們在主函數定義了如何幾個變量，代碼如下所示：

#include?

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????Person?per1;
????Person?per2;
????Person?per3;
????Person?per4;

????Person?*per5?=?new?Person[10];
}

那我們要如何知道我們定義幾個 Person 對象呢，可以這樣去做，我們創(chuàng)建一個?cnt變量，然后在每個構造函數執(zhí)行的過程中讓?cnt加一，代碼如下所示：

#include?
#include?
#include?

class?Person
{
private:
????int?cnt;
????char?*name;
????int?age;
????char?*work;

public:

????Person()
????{
????????name?=?NULL;
????????work?=?NULL;
????????cnt++;
????}

????Person(char?*name)
????{
????????this->name?=?new?char[strlen(name)?+?1];
????????strcpy(this->name,?name);
????????this->work?=?NULL;
????????cnt++;
????}

????Person(char?*name,?int?age,?char?*work?=?"none")
????{
????????this->name?=?new?char[strlen(name)?+?1];
????????strcpy(this->name,?name);

????????this->work?=?new?char[strlen(work)?+?1];
????????strcpy(this->work,?work);
????????cnt++;
????}

????~Person()
????{
????????if?(this->name)
????????{
????????????cout?<"name?is:"?<endl;
????????????delete?this->name;
????????}
????????if?(this->work)
????????{?
????????????cout?<"work?is:"?<endl;
????????????delete?this->work;
????????}
????}
};

但是如果這么寫的話存在一個問題，就是我們想要實現的功能是看有幾個實例化?Person?對象，那么這個計數量cnt應該是屬于?Person類的，具體的關系如下圖所示：

image-20210125140524739

但是上述的代碼中，cnt是屬于?Person的實例化對象的，那要如何做才能使得?cnt屬于?Person類的實例化對象呢，這個時候，我們需要將?cnt定義為?static類的，這樣子，cnt就是屬于?Person類的了，定義的代碼如下所示：

class?Person
{
private:
????char?*name;
????int?age;
????char?*work;
????static?int?cnt;
};

那么我們要如何得到 cnt 的值呢，可以編寫一個函數，但是同樣的，我們編寫的函數要是屬于整個?Person類的，那應該如何去做呢，同樣的辦法，我們在前面加上?static，代碼如下所示：

#include?
#include?

class?Person
{
private:
????char?*name;
????int?age;
????char?*work;
????static?int?cnt;

public:
????static?int?getcount(void)
????{
????????return?cnt;
????}
};

有了?getcount函數，我們就可以調用它，然后將其打印出來，方法如下所示：

#include?

int?main(int?argc,?char?*argv)
{
????Person?per1;
????Person?per2;

????Person?*per5?=?new?Person[10];
????count?<"person?number?=?"?<endl;
}

最后，還存在一個問題，因為我們在?cnt上加了?static，那么當前的?cnt就是屬于?Person類的，這樣一來，那么就是說?cnt的值還沒有分配空間，那么要如何分配空間呢，我們需要在主函數開始之前對?cnt進行定義和初始化，代碼如下所示：

int?Person::cnt?=?0;?????/*?定義*/

這樣的話，就可以知道?cnt的值了，下面是運行的結果：

image-20210125143702110

這樣，就知道了?Person?類的實例化次數。那為什么要把?int Person::cnt = 0放在?main函數的最開始呢，這是因為要在?main所有實例化對象定義之前就要將其初始化完成。

友元函數

首先，我們有這樣一個需求，需要實現兩個類的相加，下面是寫出來的代碼：

#include?
#include?
#include?

using?namespace?std;

class?Point
{
private:
????int?x;
????int?y;

public:
????Point(){}
????Point(int?x,?int?y)?:?x(x),?y(y)?{}

????void?setX(int?x)
????{
????????this->x?=?x;
????}

????void?setY(int?y)
????{
????????this->y?=?y;
????}

????int?getX(void)
????{
????????return?x;
????}

????int?getY(void)
????{
????????return?y;
????}
};

Point?add(Point?&p1,?Point?&p2)
{
????Point?n;
????n.setX(p1.getX()?+?p2.getX());
????n.setY(p1.getY()?+?p2.getY());?
????return?n;
}

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????Point?p1(1,?2);
????Point?p2(2,?4);

????Point?result?=?add(p1,p2);

????cout?<"the?result?is:"?<"("?<","?<")"<endl;

????return?0;
}

上述代碼中存在一個缺點就是說，我們在進行?add()函數編寫的時候，用到了兩次?getX()和?getY()，這樣就顯得代碼看起來十分的臃腫，所以也就有了如下的更改方式,我們可以將?Point add(Point &p1, Point &p2)函數設置成友元，那么在這樣的基礎上，就可以直接訪問到?p1和?p2里面的成員，換句通俗的話來將，就是說，我把你當做朋友，你就獲得了一些權限，更改的代碼如下所示：

class?Point
{
private:
????int?x;
????int?y;

public:
??Point(){}
??Point(int?x,?int?y)?:?x(x),y(y){}

??friend?Point?add(Point?&p1,?Point?&p2);??
};

Point?add(Point?&p1,?Point?&p2)
{
????Point?n;
????n.x?=?p1.x?+?p2.x;
????n.y?=?p2.x?+?p2.y;
????return?n;
}

聲明成友元之后，在函數里就可以訪問到類里面的私有數據成員，大大簡化了代碼量。

運算符重載

上述介紹友元的時候，我們將兩個實例化的對象進行相加，使用的是 C 語言的思路，但是對于?C++來說，其具備運算符重載的特性，也就是能夠重載一個+號運算符用于類的相加。為了展開這個知識點，依舊先從之前學習?C語言時的角度去看這個問題，我們之前學習?C語言的時候，我們會接觸到這樣一個概念，就是++p?和?p++，比如有如下所示的代碼：

int?a?=?1;
int?b;
b?=?++a;

上述代碼的意思分解一下是這樣子的：

int?a?=?1;
int?b;
a?=?a?+?1;
b?=?a;

這樣一來，b的結果就是?2。但是如果像下面這樣子的代碼：

int?a?=?1;
int?b;
b?=?a++;

上面的代碼分解一下，就是下面這樣子的：

int?a?=?1;
int?b;
b?=?a;
a?=?a++;

這樣子，運行后?b的結果是?1。

現在我們要來實現這個前?++和后?++的運算符重載，實現類里面成員的++，繼續(xù)沿用上述的代碼，基于?Point類，我們來編寫重載的函數，代碼如下所示：

Point?operator++(Point?&p)?/*?引用節(jié)省內存?*/
{
????p.x?=?p.x?+?1;
????p.y?=?p.y?+?1;
????return?p;
}

前?++和后?++的運算符一致，然而在重載函數中，是通過形參的不同來進行重載函數的，因此，我們在編寫后?++的重載函數的時候，需要新增一個參數，比如下面的代碼：

Point?operator++(Point?&p,?int?a)
{
????Point?n;
????n?=?p;
????p.x?=?p.x?+?1;
????p.y?=?p.y?+?1;
????return?n;
}

上述的重載函數，因為都操作了類里面的私有數據成員，因此，必須將其聲明為友元。下面是代碼實現：

class?Point
{
private:
????int?x;
????int?y;
public:
??Point(){}
??Point(int?x,?int?y)?:?x(x),?y(y){}
??friend?Point?operator++(Point?&p);
??friend?Point?operator++(Point?&p,?int?a);
??void?printfInfo(void)
??{
??????cout?<"("?<","?<")"?<endl;
??}
};

需要注意的一點是，上述的形參里面使用的是?p的引用，為什么要使用引用是因為引用傳入的是地址，占四個字節(jié)的大小，但是如果傳入的不是引用，那么就要占用整個類那么大的大小。這樣做也就節(jié)省了存儲空間。

緊接著，我們來編寫主函數的代碼：

int?main(int?argc,?char?**argv)
{
????Point?p1(1,?2);
????Point?p2(3,?4);

????Point?n;
????n?=?++p1;
????n.printfInfo();


????cout?<"**********************"?<endl;
????Point?n2;
????n2?=?p2++;
????n2.printfInfo();
}