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C++類的定義和對象的創建

編輯:C++基礎知識
類和對象是 C++ 的重要特性,它們使得 C++ 成為面向對象的編程語言,可以用來開發中大型項目,本節重點講解類和對象的語法,如果你對它們的概念還不了解,請先閱讀《C++類和對象的概念》。

類是創建對象的模板,一個類可以創建多個對象,每個對象都是類類型的一個變量;創建對象的過程也叫類的實例化。每個對象都是類的一個具體實例(Instance),擁有類的成員變量和成員函數。
有些教程將類的成員變量稱為類的屬性(Property),將類的成員函數稱為類的方法(Method)。在面向對象的編程語言中,經常把函數(Function)稱為方法(Method)。
與結構體一樣,類只是一種復雜數據類型的聲明,不占用內存空間。而對象是類這種數據類型的一個變量,或者說是通過類這種數據類型創建出來的一份實實在在的數據,所以占用內存空間。

類的定義

類是用戶自定義的類型,如果程序中要用到類,必須提前說明,或者使用已存在的類(別人寫好的類、標准庫中的類等),C++語法本身並不提供現成的類的名稱、結構和內容。

一個簡單的類的定義:
class Student{
public:
    //成員變量
    char *name;
    int age;
    float score;

    //成員函數
    void say(){
        cout<<name<<"的年齡是"<<age<<",成績是"<<score<<endl;
    }
};
class是 C++ 中新增的關鍵字,專門用來定義類。Student是類的名稱;類名的首字母一般大寫,以和其他的標識符區分開。{ }內部是類所包含的成員變量和成員函數,它們統稱為類的成員(Member);由{ }包圍起來的部分有時也稱為類體,和函數體的概念類似。public也是 C++ 的新增關鍵字,它只能用在類的定義中,表示類的成員變量或成員函數具有“公開”的訪問權限,初學者請先忽略該關鍵字,我們將在《C++類成員的訪問權限》中講解。
注意在類定義的最後有一個分號;,它是類定義的一部分,表示類定義結束了,不能省略。
整體上講,上面的代碼創建了一個 Student 類,它包含了 3 個成員變量和 1 個成員函數。

類只是一個模板(Template),編譯後不占用內存空間,所以在定義類時不能對成員變量進行初始化,因為沒有地方存儲數據。只有在創建對象以後才會給成員變量分配內存,這個時候就可以賦值了。

類可以理解為一種新的數據類型,該數據類型的名稱是 Student。與 char、int、float 等基本數據類型不同的是,Student 是一種復雜數據類型,可以包含基本類型,而且還有很多基本類型中沒有的特性,以後大家會見到。

創建對象

有了 Student 類後,就可以通過它來創建對象了,例如:
Student liLei;  //創建對象
Student是類名,liLei是對象名。這和使用基本類型定義變量的形式類似:
int a;  //定義整型變量
從這個角度考慮,我們可以把 Student 看做一種新的數據類型,把 liLei 看做一個變量。

在創建對象時,class 關鍵字可要可不要,但是出於習慣我們通常會省略掉 class 關鍵字,例如:
class Student LiLei;  //正確
Student LiLei;  //同樣正確
除了創建單個對象,還可以創建對象數組:
Student allStu[100];
該語句創建了一個 allStu 數組,它擁有100個元素,每個元素都是 Student 類型的對象。

訪問類的成員

創建對象以後,可以使用點號.來訪問成員變量和成員函數,這和通過結構體變量來訪問它的成員類似,如下所示:
#include <iostream>
using namespace std;

//類通常定義在函數外面
class Student{
public:
    //類包含的變量
    char *name;
    int age;
    float score;
    //類包含的函數
    void say(){
        cout<<name<<"的年齡是"<<age<<",成績是"<<score<<endl;
    }
};

int main(){
    //創建對象
    Student stu;
    stu.name = "小明";
    stu.age = 15;
    stu.score = 92.5f;
    stu.say();

    return 0;
}
運行結果:
小明的年齡是15,成績是92.5

stu 是一個對象,占用內存空間,可以對它的成員變量賦值,也可以讀取它的成員變量。

類通常定義在函數外面,當然也可以定義在函數內部,不過很少這樣使用。

使用對象指針

C語言中經典的指針在 C++ 中仍然廣泛使用,尤其是指向對象的指針,沒有它就不能實現某些功能。

上面代碼中創建的對象 stu 在棧上分配內存,需要使用&獲取它的地址,例如:
Student stu;
Student *pStu = &stu;
pStu 是一個指針,它指向 Student 類型的數據,也就是通過 Student 創建出來的對象。

當然,你也可以在堆上創建對象,這個時候就需要使用前面講到的new關鍵字,例如:
Student *pStu = new Student;
在棧上創建出來的對象都有一個名字,比如 stu,使用指針指向它不是必須的。但是通過 new 創建出來的對象就不一樣了,它在堆上分配內存,沒有名字,只能得到一個指向它的指針,所以必須使用一個指針變量來接收這個指針,否則以後再也無法找到這個對象了,更沒有辦法使用它。也就是說,使用 new 在堆上創建出來的對象是匿名的,沒法直接使用,必須要用一個指針指向它,再借助指針來訪問它的成員變量或成員函數。

棧內存是程序自動管理的,不能使用 delete 刪除在棧上創建的對象;堆內存由程序員管理,對象使用完畢後可以通過 delete 刪除。在實際開發中,new 和 delete 往往成對出現,以保證及時刪除不再使用的對象,防止無用內存堆積。
棧(Stack)和堆(Heap)是 C/C++ 程序員必須要了解的兩個概念,我們已在《C語言和內存》專題中進行了深入講解,相信你必將有所頓悟。
有了對象指針後,可以通過箭頭->來訪問對象的成員變量和成員函數,這和通過結構體指針來訪問它的成員類似,請看下面的示例:
pStu -> name = "小明";
pStu -> age = 15;
pStu -> score = 92.5f;
pStu -> say();
下面是一個完整的例子:
#include <iostream>
using namespace std;

class Student{
public:
    char *name;
    int age;
    float score;

    void say(){
        cout<<name<<"的年齡是"<<age<<",成績是"<<score<<endl;
    }
};

int main(){
    Student *pStu = new Student;
    pStu -> name = "小明";
    pStu -> age = 15;
    pStu -> score = 92.5f;
    pStu -> say();
    delete pStu;  //刪除對象

    return 0;
}
運行結果:
小明的年齡是15,成績是92.5

雖然在一般的程序中無視垃圾內存影響不大,但記得 delete 掉不再使用的對象依然是一種良好的編程習慣。

總結

本節重點講解了兩種創建對象的方式:一種是在棧上創建,形式和定義普通變量類似;另外一種是在堆上創建,必須要用一個指針指向它,讀者要記得 delete 掉不再使用的對象。

通過對象名字訪問成員使用點號.,通過對象指針訪問成員使用箭頭->,這和結構體非常類似。
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