(C++-面向对象程序设计-谭浩强)第09章-关于类和对象的进一步讨论

第9章关于类和对象的进一步讨论9.1构造函数9.2析构函数9.3调用构造函数和析构函数的顺序9.4对象数组9.5对象指针9.6共用数据的保护9.7对象的动态建立和释放9.8对象的赋值和复制9.9静态成员9.10友元9.11类模板9.1构造函数9.1.1对象的初始化在建立一个对象时，常常需要作某些初始化的工作，例如对数据成员赋初值。如果一个数据成员未被赋值，则它的值是不可预知的，因为在系统为它分配内存时，保留了这些存储单元的原状，这就成为了这些数据成员的初始值。这种状况显然是与人们的要求不相符的，对象是一个实体，它反映了客观事物的属性(例如时钟的时、分、秒的值)，是应该有确定的值的。注意：类的数据成员是不能在声明类时初始化的。如果一个类中所有的成员都是公用的，则可以在定义对象时对数据成员进行初始化。如classTime{public://声明为公用成员hour;minute;sec;};Timet1={14,56,30};//将t1初始化为14:56:30这种情况和结构体变量的初始化是差不多的，在一个花括号内顺序列出各公用数据成员的值，两个值之间用逗号分隔。但是，如果数据成员是私有的，或者类中有private或protected的成员，就不能用这种方法初始化。在第8章的几个例子中，是用成员函数来对对象中的数据成员赋初值的(例如例8.3中的set_time函数)。从例8.3中可以看到，用户在主函数中调用set_time函数来为数据成员赋值。如果对一个类定义了多个对象，而且类中的数据成员比较多，那么，程序就显得非常臃肿烦琐。9.1.2构造函数的作用为了解决这个问题，C++提供了构造函数(constructor)来处理对象的初始化。构造函数是一种特殊的成员函数，与其他成员函数不同，不需要用户来调用它，而是在建立对象时自动执行。构造函数的名字必须与类名同名，而不能由用户任意命名，以便编译系统能识别它并把它作为构造函数处理。它不具有任何类型，不返回任何值。构造函数的功能是由用户定义的，用户根据初始化的要求设计函数体和函数参数。例9.1在例8.3基础上定义构造成员函数。#includeiostreamusingnamespacestd;classTime{public:Time(){hour=0;minute=0;sec=0;}voidset_time();voidshow_time();private:inthour;intminute;intsec;};voidTime::set_time(){cinhour;cinminute;cinsec;}voidTime::show_time(){couthour″:″minute″:″secendl;}intmain(){Timet1;t1.set_time();t1.show_time();Timet2;t2.show_time();return0;}程序运行的情况为：102554↙10:25:540:0:0(从键盘输入新值赋给t1的数据成员)(输出t1的时、分、秒值)(输出t2的时、分、秒值)上面是在类内定义构造函数的，也可以只在类内对构造函数进行声明而在类外定义构造函数。将程序中的第4~7行改为下面一行：Time();//对构造函数进行声明在类外定义构造函数：Time::Time()//在类外定义构造成员函数，要加上类名Time和域限定符“::”{hour=0;minute=0;sec=0;}有关构造函数的使用，有以下说明：(1)在类对象进入其作用域时调用构造函数。(2)构造函数没有返回值，因此也不需要在定义构造函数时声明类型，这是它和一般函数的一个重要的不同之点。(3)构造函数不需用户调用，也不能被用户调用。(4)在构造函数的函数体中不仅可以对数据成员赋初值，而且可以包含其他语句。但是一般不提倡在构造函数中加入与初始化无关的内容，以保持程序的清晰。(5)如果用户自己没有定义构造函数，则C++系统会自动生成一个构造函数，只是这个构造函数的函数体是空的，也没有参数，不执行初始化操作。9.1.3带参数的构造函数在例9.1中构造函数不带参数，在函数体中对数据成员赋初值。这种方式使该类的每一个对象都得到同一组初值(例如例9.1中各数据成员的初值均为0)。但是有时用户希望对不同的对象赋予不同的初值。可以采用带参数的构造函数，在调用不同对象的构造函数时，从外面将不同的数据传递给构造函数，以实现不同的初始化。构造函数首部的一般格式为构造函数名(类型1形参1，类型2形参2，…)前面已说明：用户是不能调用构造函数的，因此无法采用常规的调用函数的方法给出实参。实参是在定义对象时给出的。定义对象的一般格式为类名对象名(实参1，实参2，…);例9.2有两个长方柱，其长、宽、高分别为：(1)12,20,25；(2)10,14,20。求它们的体积。编一个基于对象的程序，在类中用带参数的构造函数。#includeiostreamusingnamespacestd;classBox{public:Box(int,int,int);intvolume();private:intheight;intwidth;intlength;};//声明带参数的构造函数//声明计算体积的函数Box::Box(inth,intw,intlen)//在类外定义带参数的构造函数{height=h;width=w;length=len;}intBox::volume()//定义计算体积的函数{return(height*width*length);}intmain(){Boxbox1(12,25,30);//建立对象box1，并指定box1长、宽、高的值cout″Thevolumeofbox1is″box1.volume()endl;Boxbox2(15,30,21);//建立对象box2，并指定box2长、宽、高的值cout″Thevolumeofbox2is″box2.volume()endl;return0;}程序运行结果如下：Thevolumeofbox1is9000Thevolumeofbox2is9450可以知道：（1）带参数的构造函数中的形参，其对应的实参在定义对象时给定。（2）用这种方法可以方便地实现对不同的对象进行不同的初始化。9.1.4用参数初始化表对数据成员初始化在9.1.3节中介绍的是在构造函数的函数体内通过赋值语句对数据成员实现初始化。C++还提供另一种初始化数据成员的方法——参数初始化表来实现对数据成员的初始化。这种方法不在函数体内对数据成员初始化，而是在函数首部实现。例如例9.2中定义构造函数可以改用以下形式：Box::Box(inth,intw,intlen):height(h)，width(w)，length(len){}这种写法方便、简练，尤其当需要初始化的数据成员较多时更显其优越性。甚至可以直接在类体中(而不是在类外)定义构造函数。9.1.5构造函数的重载在一个类中可以定义多个构造函数，以便对类对象提供不同的初始化的方法，供用户选用。这些构造函数具有相同的名字，而参数的个数或参数的类型不相同。这称为构造函数的重载。在第4章第4.6节中所介绍的函数重载的知识也适用于构造函数。通过下面的例子可以了解怎样应用构造函数的重载。例9.3在例9.2的基础上，定义两个构造函数，其中一个无参数，一个有参数。#includeiostreamusingnamespacestd;classBox{public:Box();//声明一个无参的构造函数Box(inth,intw,intlen):height(h),width(w),length(len){}//声明一个有参的构造函数，用参数的初始化表对数据成员初始化intvolume();private:intheight;intwidth;intlength;};Box::Box()//定义一个无参的构造函数{height=10;width=10;length=10;}intBox::volume(){return(height*width*length);}intmain(){Boxbox1;//建立对象box1,不指定实参cout″Thevolumeofbox1is″box1.volume()endl;Boxbox2(15,30,25);//建立对象box2,指定3个实参cout″Thevolumeofbox2is″box2.volume()endl;return0;}在本程序中定义了两个重载的构造函数，其实还可以定义其他重载构造函数，其原型声明可以为Box::Box(inth)；//有1个参数的构造函数Box::Box(inth,intw)；//有两个参数的构造函数在建立对象时分别给定1个参数和2个参数。说明：(1)调用构造函数时不必给出实参的构造函数，称为默认构造函数(defaultconstructor)。显然，无参的构造函数属于默认构造函数。一个类只能有一个默认构造函数。(2)如果在建立对象时选用的是无参构造函数，应注意正确书写定义对象的语句。(3)尽管在一个类中可以包含多个构造函数，但是对于每一个对象来说，建立对象时只执行其中一个构造函数，并非每个构造函数都被执行。9.1.6使用默认参数的构造函数构造函数中参数的值既可以通过实参传递，也可以指定为某些默认值，即如果用户不指定实参值，编译系统就使形参取默认值。在第4章第4.8节中介绍过在函数中可以使用有默认值的参数。在构造函数中也可以采用这样的方法来实现初始化。例9.3的问题也可以使用包含默认参数的构造函数来处理。例9.4将例9.3程序中的构造函数改用含默认值的参数，长、宽、高的默认值均为10。在例9.3程序的基础上改写如下：#includeiostreamusingnamespacestd;classBox{public:Box(inth=10,intw=10,intlen=10);//在声明构造函数时指定默认参数intvolume();private:intheight;intwidth;intlength;};Box::Box(inth,intw,intlen)//在定义函数时可以不指定默认参数{height=h;width=w;length=len;}intBox::volume(){return(height*width*length);}intmain(){Boxbox1;//没有给实参cout″Thevolumeofbox1is″box1.volume()endl;Boxbox2(15);//只给定一个实参cout″Thevolumeofbox2is″box2.volume()endl;Boxbox3(15,30);//只给定2个实参cout″Thevolumeofbox3is″box3.volume()endl;Boxbox4(15,30,20);//给定3个实参cout″Thevolumeofbox4is″box4.volume()endl;return0;}程序运行结果为Thevolumeofbox1is1000Thevolumeofbox2is1500Thevolumeofbox3is4500Thevolumeofbox4is9000程序中对构造函数的定义(第12-16行)也可以改写成参数初始化表的形式：Box::Box(inth,intw,intlen):height(h),width(w),length(len){}可以看到：在构造函数中使用默认参数是方便而有效的，它提供了建立对象时的多种选择，它的作用相当于好几个重载的构造函数。它的好处是：即使在调用构造函数时没有提供实参值，不仅不会出错，而且还确保按照默认的参数值对对象进行初始化。尤其在希望对每一个对象都有同样的初始化状况时用这种方法更为方便。说明：(1)应该在声明构造函数时