詳解C++編程中類的成員變量和成員函數(shù)的相關知識
C++類的成員變量和成員函數(shù)
類是一種數(shù)據(jù)類型,它類似于普通的數(shù)據(jù)類型,但是又有別于普通的數(shù)據(jù)類型。類這種數(shù)據(jù)類型是一個包含成員變量和成員函數(shù)的一個集合。
類的成員變量和普通變量一樣,也有數(shù)據(jù)類型和名稱,占用固定長度的內(nèi)存空間。但是,在定義類的時候不能對成員變量賦值,因為類只是一種數(shù)據(jù)類型,本身不占用內(nèi)存空間,而變量的值則需要內(nèi)存來存儲。
類的成員函數(shù)也和普通函數(shù)一樣,都有返回值和參數(shù)列表,它與一般函數(shù)的區(qū)別是:成員函數(shù)是一個類的成員,出現(xiàn)在類體中,它的作用范圍由類來決定;而普通函數(shù)是獨立的,作用范圍是全局的,或位于某個命名空間內(nèi)。
上節(jié)我們在最后的完整示例中給出了 Student 類的定義,如下所示:
class Student{ public: //類包含的變量 char *name; int age; float score; public: //類包含的函數(shù) void say(){ printf("%s的年齡是 %d,成績是 %f\n", name, age, score); } }; 上面的代碼在類體中定義了成員函數(shù)。你也可以只在類體中聲明函數(shù),而將函數(shù)定義放在類體外面,如下圖所示: class Student{ public: char *name; int age; float score; public: void say(); //函數(shù)聲明 }; //函數(shù)定義 void Student::say(){ printf("%s的年齡是 %d,成績是 %f\n", name, age, score); }
在類體中直接定義函數(shù)時,不需要在函數(shù)名前面加上類名,因為函數(shù)屬于哪一個類是不言而喻的。
但當成員函數(shù)定義在類外時,就必須在函數(shù)名前面加上類名予以限定。::被稱為域解析符(也稱作用域運算符或作用域限定符),用來連接類名和函數(shù)名,指明當前函數(shù)屬于哪個類。
如果在域解析符“::”的前面沒有類名,或者函數(shù)名前面既無類名又無域解析符“::”,如:
//無類名 ::say( ){ //TODO } //無類名也無域解析符 say( ){ //TODO }
則表示 say() 函數(shù)不屬于任何類,這個函數(shù)不是成員函數(shù),而是全局函數(shù),即非成員函數(shù)的一般普通函數(shù)。
成員函數(shù)必須先在類體中作原型聲明,然后在類外定義,也就是說類體的位置應在函數(shù)定義之前,否則編譯時會出錯。
雖然成員函數(shù)在類的外部定義,但在調(diào)用時會根據(jù)在類中聲明的函數(shù)原型找到函數(shù)的定義(函數(shù)代碼),從而執(zhí)行該函數(shù)。
inline 成員函數(shù)
在類體中和類體外定義成員函數(shù)是有區(qū)別的:在類體中定義的成員函數(shù)為內(nèi)聯(lián)(inline)函數(shù),在類體外定義的不是。
內(nèi)聯(lián)函數(shù)一般不是我們所期望的,它會將函數(shù)調(diào)用處用函數(shù)體替代,所以我建議在類體內(nèi)部對成員函數(shù)作聲明,而在類體外部進行定義,這是一種良好的編程習慣。
當然,如果你的函數(shù)比較短小,希望定義為內(nèi)聯(lián)函數(shù),那也沒有什么不妥的。
如果你既希望將函數(shù)定義在類體外部,又希望它是內(nèi)聯(lián)函數(shù),那么可以在聲明函數(shù)時加 inline 關鍵字,如下所示:
class Student{ public: char *name; int age; float score; public: inline void say(); //聲明為內(nèi)聯(lián)函數(shù) }; //函數(shù)定義 void Student::say(){ printf("%s的年齡是 %d,成績是 %f\n", name, age, score); }
這樣,say() 就會變成內(nèi)聯(lián)函數(shù)。
在類體內(nèi)部定義的函數(shù)也可以加 inline 關鍵字,但這是多余的,因為類體內(nèi)部定義的函數(shù)默認就是內(nèi)聯(lián)函數(shù)。
值得注意的是,如果在類體外定義 inline 函數(shù),則必須將類定義和成員函數(shù)的定義都放在同一個頭文件中(或者寫在同一個源文件中),否則編譯時無法進行嵌入(將函數(shù)代碼的嵌入到函數(shù)調(diào)用出)。這樣做雖然提高了程序的執(zhí)行效率,但從軟件工程質(zhì)量的角度來看,這樣做并不是好的辦法,因此實際開發(fā)中較少在類中使用內(nèi)聯(lián)函數(shù)。
C++提出內(nèi)聯(lián)函數(shù)的主要用意是:用內(nèi)聯(lián)函數(shù)取代帶參宏定義(函數(shù)傳參比宏更加方便易用),而不是提高程序運行效率,因為與執(zhí)行函數(shù)花費的時間相比,調(diào)用函數(shù)花費的時間往往微乎其微。
C++成員函數(shù)的存儲方式
用類去定義對象時,系統(tǒng)會為每一個對象分配存儲空間。如果一個類包括了數(shù)據(jù)和函數(shù),要分別為數(shù)據(jù)和函數(shù)的代碼分配存儲空間。
按理說,如果用同一個類定義了10個對象,那么就需要分別為10個對象的數(shù)據(jù)和函數(shù)代碼分配存儲單元,如下圖所示。
能否只用一段空間來存放這個共同的函數(shù)代碼段,在調(diào)用各對象的函數(shù)時,都去調(diào)用這個公用的函數(shù)代碼。如圖所示。
顯然,這樣做會大大節(jié)約存儲空間。C++編譯系統(tǒng)正是這樣做的,因此每個對象所占用的存儲空間只是該對象的數(shù)據(jù)部分所占用的存儲空間,而不包括函數(shù)代碼所占用的存儲空間。如果聲明了一個類:
class Time { public: int hour; int minute; int sec; void set( ) { cin>>a>>b>>c; } };
可以用下面的語句來輸出該類對象所占用的字節(jié)數(shù):
cout<<sizeof(Time)<<endl;
輸出的值是12。
這就證明了一個對象所占的空間大小只取決于該對象中數(shù)據(jù)成員所占的空間,而與成員函數(shù)無關。
函數(shù)代碼是存儲在對象空間之外的。如果對同一個類定義了10個對象,這些對象的成員函數(shù)對應的是同一個函數(shù)代碼段,而不是10個不同的函數(shù)代碼段。需要注意的是,雖然調(diào)用不同對象的成員函數(shù)時都是執(zhí)行同一段函數(shù)代碼,但是執(zhí)行結(jié)果一般是不相同的。
不同的對象使用的是同一個函數(shù)代碼段,它怎么能夠分別對不同對象中的數(shù)據(jù)進行操作呢?
原來C++為此專門設立了一個名為this的指針,用來指向不同的對象。需要說明:
不論成員函數(shù)在類內(nèi)定義還是在類外定義,成員函數(shù)的代碼段都用同一種方式存儲。
不要將成員函數(shù)的這種存儲方式和inMne(內(nèi)置)函數(shù)的概念混淆。不要誤以為用inline聲明(或默認為inline)的成員函數(shù),其代碼段占用對象的存儲空間,而不用 inline聲明的成員函數(shù),其代碼段不占用對象的存儲空間。不論是否用inline聲明,成員函數(shù)的代碼段都不占用對象的存儲空間。用inline聲明的作用是在調(diào)用該函數(shù)時,將函數(shù)的代碼段復制插人到函數(shù)調(diào)用點,而若不用inline聲明,在調(diào)用該函數(shù)時,流程轉(zhuǎn)去函數(shù)代碼段的人口地址,在執(zhí)行完該函數(shù)代碼段后,流程返回函數(shù)調(diào)用點。inline與成員函數(shù)是否占用對象的存儲空間無關,它們不屬同一個問題,不應搞混。
應當說明,常說的“某某對象的成員函數(shù)”,是從邏輯的角度而言的,而成員函數(shù)的存儲方式,是從物理的角度而言的,二者是不矛盾的。
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