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C++基礎之類的詳細介紹(二)

編輯:C++入門知識

C++中,提到類型定義符前還可以書寫class,即類型的自定義類型簡稱類),它和結構根本沒有區別僅有一點小小的區別,下篇說明),而之所以還要提供一個class,實際是由於C++是從C擴展而成,其中的class是C++自己提出的一個很重要的概念,只是為了與C語言兼容而保留了struct這個關鍵字。接上一篇>>

聲明的含義

前面已經解釋過聲明是什麼意思,在此由於成員函數的定義規則這種新的定義語法,必須重新考慮聲明的意思。注意一點,前面將一個函數的定義放到main函數定義的前面就可以不用再聲明那個函數了;同樣如果定義了某個變量,就不用再聲明那個變量了。這也就是說定義語句具有聲明的功能,但上面成員函數的定義語句卻不具有聲明的功能,下面來了解聲明的真正意思。

聲明是要求編譯器產生映射元素的語句。所謂的映射元素,就是前面介紹過的變量及函數,都只有3欄或3個字段):類型欄、名字欄和地址欄成員變量類型的這一欄就放偏移值)。即編譯器每當看到聲明語句,就生成一個映射元素,並且將對應的地址欄空著,然後留下一些信息以告訴連接器——此.obj文件編譯器編譯源文件後生成的文件,對於VC是.obj文件)需要一些符號,將這些符號找到後再修改並完善此.obj文件,最後連接。

回想之前說過的符號的意思,它就是一字符串,用於編譯器和連接器之間的通信。注意符號沒有類型,因為連接器只是負責查找符號並完善因為有些映射元素的地址欄還是空的)中間文件對於VC就是.obj文件),不進行語法分析,也就沒有什麼類型。

定義是要求編譯器填充前面聲明沒有書寫的地址欄。也就是說某變量對應的地址,只有在其定義時才知道。因此實際的在棧上分配內存等工作都是由變量的定義完成的,所以才有聲明的變量並不分配內存。但應注意一個重點,定義是生成映射元素需要的地址,因此定義也就說明了它生成的是哪個映射元素的地址,而如果此時編譯器的映射表即之前說的編譯器內部用於記錄映射元素的變量表、函數表等)中沒有那個映射元素,即還沒有相應元素的聲明出現過,那麼編譯器將報錯。

但前面只寫一個變量或函數定義語句,它照樣正常並沒有報錯啊?實際很簡單,只需要將聲明和定義看成是一種語句,只不過是向編譯器提供的信息不同罷了。

如:

  1. void ABC( float );  
  2. 和  
  3. void ABC( float ){} 

編譯器對它們相同看待。前者給出了函數的類型及類型名,因此編譯器就只填寫映射元素中的名字和類型兩欄。由於其後只接了個“;”,沒有給出此函數映射的代碼,因此編譯器無法填寫地址欄。而後者,給出了函數名、所屬類型以及映射的代碼空的復合語句),因此編譯器得到了所有要填寫的信息進而將三欄的信息都填上了,結果就表現出定義語句完成了聲明的功能。

對於變量,如long a;。同上,這裡給出了類型和名字,因此編譯器填寫了類型和名字兩欄。但變量對應的是棧上的某塊內存的首地址,這個首地址無法從代碼上表現出來前面函數就通過在函數聲明的後面寫復合語句來表現相應函數對應的代碼所在的地址),而必須由編譯器內部通過計算獲得,因此才硬性規定上面那樣的書寫算作變量的定義,而要變量的聲明就需要在前面加extern。即上面那樣將導致編譯器進行內部計算進而得出相應的地址而填寫了映射元素的所有信息。

上面難免顯得故弄玄虛,那都是因為自定義類型的出現。考慮成員變量的定義,如

  1. struct ABC { long a, b; double c; }; 

上面給出了類型——long ABC::、long ABC::和double ABC::;給出了名字——ABC::a、ABC::b和ABC::c;給出了地址即偏移)——0、4和8,因為是結構型自定義類型,故由此語句就可以得出各成員變量的偏移。上面得出三個信息,即可以填寫映射元素的所有信息,所以上面可以算作定義語句。對於成員函數,如下:

  1. struct ABC { void AB( float ); }; 

上面給出了類型——void ( ABC:: )( float );給出了名字——ABC::AB。不過由於沒有給出地址,因此無法填寫映射元素的所有信息,故上面是成員函數ABC::AB的聲明。按照前面說法,只要給出地址就可以了,而無需去管它是定義還是聲明,因此也就可以這樣:

  1. struct ABC { void AB( float ){} }; 

上面給出類型和名字的同時,給出了地址,因此將可以完全填寫映射元素的所有信息,是定義。上面的用法有其特殊性,後面說明。注意,如果這時再在後面寫ABC::AB的定義語句,即如下,將錯誤:

  1. struct ABC { void AB( float ){} };  
  2. void ABC::AB( float ) {} 

上面將報錯,原因很簡單,因為後者只是定義,它只提供了ABC::AB對應的地址這一個信息,但映射元素中的地址欄已經填寫了,故編譯器將說重復定義。再單獨看成員函數的定義,它給出了類型void ( ABC:: )( float ),給出了名字ABC::AB,也給出了地址,但為什麼說它只給出了地址這一信息?

首先,名字ABC::AB是不符合標識符規則的,而類型修飾符 ABC::必須通過類型定義符“{}”才能夠加上去,這在前面已多次說明。因此上面給出的信息是:給出了一個地址,這個地址是類型為void ( ABC:: )( float ),名字為ABC::AB的映射元素的地址。

結果編譯器就查找這樣的映射元素,如果有,則填寫相應的地址欄,否則報錯,即只寫一個void ABC::AB( float ){}是錯誤的,在其前面必須先通過類型定義符“{}”聲明相應的映射元素。這也就是前面說的定義僅僅填充地址欄,並不生成映射元素。

聲明的作用

定義的作用很明顯了,有意義的映射名字對地址)就是它來做,但聲明有什麼用?它只是生成類型對名字,為什麼非得要類型對名字?它只是告訴編譯器不要發出錯誤說變量或函數未定義?任何東西都有其存在的意義,先看下面這段代碼。

  1. extern"C" long ABC( long a, long b );  
  2. void main(){ long c = ABC( 10, 20 ); } 

假設上面代碼在a.cpp中書寫,編譯生成文件a.obj,沒有問題。但按照之前的說明,連接時將錯誤,因為找不到符號_ABC。因為名字_ABC對應的地址欄還空著。接著在VC中為a.cpp所在工程添加一個新的源文件b.cpp,如下書寫代碼。

  1. extern"C" float ABC( float a ){ return a; } 

編譯並連接,現在沒任何問題了,但相信你已經看出問題了——函數ABC的聲明和定義的類型不匹配,卻連接成功了?

注意上面關於連接的說明,連接時沒有類型,只管符號。上面用extern"C"使得a.obj要求_ABC的符號,而b.cpp提供_ABC的符號,剩余的就只是連接器將b.obj中_ABC對應的地址放到a.obj以完善a.obj,最後連接a.obj和b.obj。

那麼上面什麼結果,編譯器即使沒有地址也依舊可以生成代碼以實現函數操作符的功能——函數調用。之所以能這樣就是因為聲明時一定必須同時給出類型和名字,因為類型告訴編譯器,當某個操作符涉及到某個映射元素時,如何生成代碼來實現這個操作符的功能。

也就是說,兩個char類型的數字乘法和兩個long類型的數字乘法編譯生成的代碼不同;對long ABC( long );的函數調用代碼和void ABC( float )的不同。即,操作符作用的數字類型的不同將導致編譯器生成的代碼不同。

那麼上面為什麼要將ABC的定義放到b.cpp中?因為各源文件之間的編譯是獨立的,如果放在a.cpp,編譯器就會發現已經有這麼個映射元素,但類型卻不匹配,將報錯。而放到b.cpp中,使得由連接器來完善a.obj,到時將沒有類型的存在,只管符號。下面繼續。

  1. struct ABC { long a, b; void AB( long tem1, long tem2 ); void ABCD(); };  
  2. void main(){ ABC a; a.AB( 10, 20 ); } 

由上面的說法,這裡雖然沒有給出ABC::AB的定義,但仍能編譯成功,沒有任何問題。仍假設上面代碼在a.cpp中,然後添加b.cpp,在其中書寫下面的代碼。

  1. struct ABC { float b, a; void AB( long tem1, long tem2 ); long ABCD( float ); };  
  2. void ABC::AB( long tem1, long tem2 ){ a = tem1; b = tem2; } 

這裡定義了函數ABC::AB,注意如之前所說,由於這裡的函數定義僅僅只是定義,所以必須在其前面書寫類型定義符“{}”以讓編譯器生成映射元素。但更應該注意這裡將成員變量的位置換了,這樣b就映射的是0而a映射的是4了,並且還將a、b的類型換成了float,更和a.cpp中的定義大相徑庭。但沒有任何問題,編譯連接成功,

  1. a.AB( 10,20 ); 

執行後a.a為0X41A00000,a.b為0X41200000,而*( float* )&a.a為20,*( flaot* )&a.b為10。

為什麼?因為編譯器只在當前編譯的那個源文件中遵循類型匹配,而編譯另一個源文件時,編譯其他源文件所生成的映射元素全部無效。因此聲明將類型和名字綁定起來,而名字就代表了其所關聯的類型的地址類型的數字,而後繼代碼中所有操作這個數字的操作符的編譯生成都將受這個數字的類型的影響。即聲明是告訴編譯器如何生成代碼的,其不僅僅只是個語法上說明變量或函數的語句,它是不可或缺的。

還應注意上面兩個文件中的ABC::ABCD成員函數的聲明不同,而且整個工程中即a.cpp和b.cpp中)都沒有ABC::ABCD的定義,卻仍能編譯連接成功,因為聲明並不是告訴編譯器已經有什麼東西了,而是如何生成代碼。

頭文件

上面已經說明,如果有個自定義類型ABC,在a.cpp、b.cpp和c.cpp中都要使用它,則必須在a.cpp、b.cpp和c.cpp中,各自使用 ABC之前用類型定義符“{}”重新定義一遍這個自定義類型。如果不小心如上面那樣在a.cpp和b.cpp中寫的定義不一樣,則將產生很難查找的錯誤。為此,C++提供了一個預編譯指令來幫忙。

預編譯指令就是在編譯之前執行的指令,它由預編譯器來解釋執行。預編譯器是另一個程序,一般情況,編譯器廠商都將其合並進了C++編譯器而只提供一個程序。

在此說明預編譯指令中的包含指令——#include,其格式為#include <文件名>。應注意預編譯指令都必須單獨占一行,而<文件名>就是一個用雙引號或尖括號括起來的文件名,

如:#include "abc.c"、#include "C:\abc.dsw"或#include <C:\abc.exe>。它的作用很簡單,就是將引號或尖括號中書寫的文件名對應的文件以ANSI格式或MBCS格式解釋,並將內容原封不動地替換到#include所在的位置,比如下面是文件abc的內容。

  1. struct ABC { long a, b; void AB( long tem1, long tem2 ); }; 

則前面的a.cpp可改為:

  1. #include "abc"  
  2. void main() { ABC a; a.AB( 10, 20 ); } 

而b.cpp可改為:

  1. #include "abc"  
  2. void ABC::AB( long tem1, long tem2 ){ a = tem1; b = tem2; } 

這時,就不會出現類似上面那樣在b.cpp中將自定義類型ABC的定義寫錯了而導致錯誤的結果a.a為0X41A00000,a.b為0X41200000),進而a.AB( 10, 20 );執行後,a.a為10,a.b為20。

注意這裡使用的是雙引號來括住文件名的,它表示當括住的只是一個文件名或相對路徑而沒有給出全路徑時,如上面的abc,則先搜索此時被編譯的源文件所在的目錄,然後搜索編譯器自定的包含目錄如:C:\Program Files\Microsoft Visual Studio .NET 2003\Vc7\include等),裡面一般都放著編譯器自帶的SDK的頭文件,如果仍沒有找到,則報錯注意,一般編譯器都提供了一些選項以使得除了上述的目錄外,還可以再搜索指定的目錄,不同的編譯器設定方式不同,在此不表)。

如果是用尖括號括起來,則表示先搜索編譯器自定的包含目錄,再源文件所在目錄。為什麼要不同?只是為了防止自己起的文件名正好和編譯器的包含目錄下的文件重名而發生沖突,因為一旦找到文件,將不再搜索後繼目錄。

所以,一般的C++代碼中,如果要用到某個自定義類型,都將那個自定義類型的定義分別裝在兩個文件中,對於上面結構ABC,則應該生成兩個文件,分別為 ABC.h和ABC.cpp,其中的ABC.h被稱作頭文件,而ABC.cpp則稱作源文件。頭文件裡放的是聲明,而源文件中放的是定義,則ABC.h的內容就和前面的abc一樣,而ABC.cpp的內容就和b.cpp一樣。

然後每當工程中某個源文件裡要使用結構ABC時,就在那個源文件的開頭包含 ABC.h,這樣就相當於將結構ABC的所有相關聲明都帶進了那個文件的編譯,比如前面的a.cpp就通過在開頭包含abc以聲明了結構ABC。

為什麼還要生成一個ABC.cpp?如果將ABC::AB的定義語句也放到ABC.h中,則a.cpp要使用ABC,c.cpp也要使用ABC,所以 a.cpp包含ABC.h,由於裡面的ABC::AB的定義,生成一個符號?AB@ABC@@QAEXJJ@Z對於VC);同樣c.cpp的編譯也要生成這個符號,然後連接時,由於出現兩個相同的符號,連接器無法確定使用哪一個,報錯。因此專門定義一個ABC.cpp,將函數ABC::AB的定義放到 ABC.obj中,這樣將只有一個符號生成,連接時也就不再報錯。

注意上面的

  1. struct ABC { void AB( float ){} }; 

如果將這個放在ABC.h中,由於在類型定義符中就已經將函數ABC::AB的定義給出,則將會同上,出現兩個相同的符號,然後連接失敗。為了避開這個問題,C++規定如上在類型定義符中直接書寫函數定義而定義的函數是inline函數,出於篇幅,下篇介紹。

成員的意義

上面從語法的角度說明了成員函數的意思,如果很昏,不要緊,實現不能理解並不代表就不能運用,而程序員重要的是對語言的運用能力而不是語言的了解程度雖然後者也很重要)。下面說明成員的語義。

本文一開頭提出了一種語義——某種資源具有的功能,而C++的自定義類型再加上成員操作符“.”和“->”的運用,從代碼上很容易的就表現出一種語義——從屬關系。如:a.b、c.d分別表示a的b和c的d。某種資源具有的功能要映射到C++中,就應該將這種資源映射成一自定義類型,而它所具有的功能就映射成此自定義類型的成員函數,如最開始提到的怪物和玩家,則如下:

  1. struct Player { float Life; float Attack; float Defend; };  
  2. struct Monster { float Life; float Attack; float Defend; void AttackPlayer( Player &pla ); };  
  3. Player player; Monster a; a.AttackPlayer( player ); 

上面的語義就非常明顯,代碼執行的操作是怪物a攻擊玩家player,而player.Life就代表玩家player的生命值。假設如下書寫Monster::AttackPlayer的定義:

  1. void Monster::AttackPlayer( Player &pla )  
  2. {  
  3. pla.Life -= Attack - pla.Defend;  

上面的語義非常明顯:某怪物攻擊玩家的方法就是將被攻擊的玩家的生命值減去自己的攻擊力減被攻擊的玩家的防御力的值。語義非常清晰,代碼的可讀性好。而如原來的寫法:

  1. void MonsterAttackPlayer( Monster &mon, Player &pla )  
  2. {  
  3. pla.Life -= mon.Attack - pla.Defend;  

則代碼表現的語義:怪物攻擊玩家是個操作,此操作需要操作兩個資源,分別為怪物類型和玩家類型。這個語義就沒表現出我們本來打算表現的想法,而是怪物的攻擊功能的另一種解釋,其更適合表現收銀工作。比如收銀台實現的是收錢的工作,客戶在櫃台買了東西,由營業員開出單據,然後客戶將單據拿到收銀台交錢。

這裡收銀台的工作就需要操作兩個資源——錢和單據,這時就應該將收錢這個工作映射為如上的函數而不是成員函數,因為在這個算法中,收銀台沒有被映射成自定義類型的必要性,即我們對收銀的工作由誰做不關心,只關心它如何做。

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