C++從零開始（十）——何謂類 
 
 
文章錄入：7747.Net    責任編輯：7747.Net  更新時間：2008-11-19 22:32:03 9 
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C++從零開始（十）——何謂類 
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160前篇說明了結構只不過是定義了內存布局而已，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，實際是由于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。不過通過前面括號中所說的小小區別也足以看出C++的設計者為結構和類定義的不同語義，下篇說明。
暫時可以先認為類較結構的長足進步就是多了成員函數這個概念（雖然結構也可以有成員函數），在了解成員函數之前，先來看一種語義需求。


操作與資源

程序主要是由操作和被操作的資源組成，操作的執行者就是CPU，這很正常，但有時候的確存在一些需要，需要表現是某個資源操作了另一個資源（暫時稱作操作者），比如游戲中，經常出現的就是要映射怪物攻擊了玩家。之所以需要操作者，一般是因為這個操作也需要修改操作者或利用操作者記錄的一些信息來完成操作，比如怪物的攻擊力來決定玩家被攻擊后的狀態。這種語義就表現為操作者具有某些功能。為了實現上面的語義，如原來所說進行映射，先映射怪物和玩家分別為結構，如下：
struct Monster { float Life; float Attack; float Defend; };
struct Player { float Life; float Attack; float Defend; };
上面的攻擊操作就可以映射為void MonsterAttackPlayer( Monster &mon, Player &pla );。注意這里期望通過函數名來表現操作者，但和前篇說的將過河方案起名為sln一樣，屬于一種本末倒置，因為這個語義應該由類型來表現，而不是函數名。為此，C++提供了成員函數的概念。


成員函數

與之前一樣，在類型定義符中書寫函數的聲明語句將定義出成員函數，如下：
struct ABC { long a; void AB( long ); };
上面就定義了一個映射元素——第一個變量ABC::a，類型為long ABC::;以及聲明了一個映射元素——第二個函數ABC::AB，類型為void ( ABC:: )( long )。類型修飾符ABC::在此修飾了函數ABC::AB，表示其為函數類型的偏移類型，即是一相對值。但由于是函數，意義和變量不同，即其依舊映射的是內存中的地址（代碼的地址），但由于是偏移類型，也就是相對的，即是不完整的，因此不能對它應用函數操作符，如：ABC::AB( 10 );。這里將錯誤，因為ABC::AB是相對的，其相對的東西不是如成員變量那樣是個內存地址，而是一個結構指針類型的參數，參數名一定為this，這是強行定義的，后面說明。
注意由于其名字為ABC::AB，而上面僅僅是對其進行了聲明，要定義它，仍和之前的函數定義一樣，如下：
void ABC::AB( long d ) { this->a = d; }
應注意上面函數的名字為ABC::AB，但和前篇說的成員變量一樣，不能直接書寫long ABC::a;，也就不能直接如上書寫函數的定義語句（至少函數名為ABC::AB就不符合標識符規則），而必須要通過類型定義符“{}”先定義自定義類型，然后再書寫，這會在后面說明聲明時詳細闡述。
注意上面使用了this這個關鍵字，其類型為ABC*，由編譯器自動生成，即上面的函數定義實際等同于void ABC::AB( ABC *this, long d ) { this->a = d; }。而之所以要省略this參數的聲明而由編譯器來代勞是為了在代碼上體現出前面提到的語義（即成員的意義），這也是為什么稱ABC::AB是函數類型的偏移類型，它是相對于這個this參數而言的，如何相對，如下：
ABC a, b, c; a.ABC::AB( 10 ); b.ABC::AB( 12 ); c.AB( 14 );
上面利用成員操作符調用ABC::AB，注意執行后，a.a、b.a和c.a的值分別為10、12和14，即三次調用ABC::AB，但通過成員操作符而導致三次的this參數的值并不相同，并進而得以修改三個ABC變量的成員變量a。注意上面書寫a.ABC::AB( 10 );，和成員變量一樣，由于左右類型必須對應，因此也可a.AB( 10 );。還應注意上面在定義ABC::AB時，在函數體內書寫this->a = d;，同上，由于類型必須對應的關系，即this必須是相應自定義類型的指針，所以也可省略this->的書寫，進而有void ABC::AB( long d ) { a = d; }。
注意這里成員操作符的作用，其不再如成員變量時返回相應成員變量類型的數字，而是返回一函數類型的數字，但不同的就是這個函數類型是無法用語法表示出來的，即C++并沒有提供任何關鍵字或類型修飾符來表現這個返回的類型（VC內部提供了__thiscall這個類型修飾符進行表示，不過寫代碼時依舊不能使用，只是編譯器內部使用）。也就是說，當成員操作符右側接的是函數類型的偏移類型的數字時，返回一個函數類型的數字（表示其可被施以函數操作符），函數的類型為偏移類型中給出的類型，但這個類型無法表現。即a.AB將返回一個數字，這個數字是函數類型，在VC內部其類型為void ( __thiscall ABC:: )( long )，但這個類型在C++中是非法的。
C++并沒有提供類似__thiscall這樣的關鍵字以修飾類型，因為這個類型是要求編譯器遇到函數操作符和成員操作符時，如a.AB( 10 );，要將成員操作符左側的地址作為函數調用的第一個參數傳進去，然后再傳函數操作符中給出的其余各參數。即這個類型是針對同時出現函數操作符和成員操作符這一特定情況，給編譯器提供一些信息以生成正確的代碼，而不用于修飾數字（修飾數字就要求能應付所有情況）。即類型是用于修飾數字的，而這個類型不能修飾數字，因此C++并未提供類似__thiscall的關鍵字。
和之前一樣，由于ABC::AB映射的是一個地址，而不是一個偏移值，因此可以ABC::AB;但不能ABC::a;，因為后者是偏移值。根據類型匹配，很容易就知道也可有：
void ( ABC::*p )( long ) = ABC::AB;或void ( ABC::*p )( long ) = &ABC::AB;
進而就有：void ( ABC::**pP )( long ) = &p; ( c.**pP )( 10.0f );。之所以加括號是因為函數操作符的優先級較“*”高。再回想前篇說過指針類型的轉換只是類型變化，數值不變（下篇說明數值變化的情況），因此可以有如下代碼，這段代碼毫無意義，在此僅為加深對成員函數的理解。
struct ABC { long a; void AB( long ); };
void ABC::AB( long d )
{
this->a = d;
}
struct AB
{
short a, b;
void ABCD( short tem1, short tem2 );
void ABC( long tem );
};
void AB::ABCD( short tem1, short tem2 )
{
a = tem1; b = tem2;
}
void AB::ABC( long tem )
{
a = short( tem / 10 );
b = short( tem - tem / 10 );
}
void main()
{
ABC a, b, c; AB d;
( c.*( void ( ABC::* )( long ) )&AB::ABC )( 43 );
( b.*( void ( ABC::* )( long ) )&AB::ABCD )( 0XABCDEF12 );
( d.*( void ( AB::* )( short, short ) )ABC::AB )( 0XABCD, 0XEF12 );
}
上面執行后，c.a為0X00270004，b.a為0X0000EF12，d.a為0XABCD，d.b為0XFFFF。對于c的函數調用，由于AB::ABC映射的地址被直接轉換類型進而直接被使用，因此程序將跳到AB::ABC處的a = short( tem / 10 );開始執行，而參數tem映射的是傳遞參數的內存的首地址，并進而用long類型解釋而得到tem為43，然后執行。注意b = short( tem - tem / 10 );實際是this->b = short( tem - tem / 10 );，而this的值為c對應的地址，但在這里被認為是AB*類型（因為在函數AB::ABC的函數體內），所以才能this->b正常（ABC結構中沒有b這個成員變量），而b的偏移為2，所以上句執行完后將結果39存放到c的地址加2所對應的內存，并且以short類型解釋而得到的16位的二進制數存放。對于a = short( tem / 10 );也做同樣事情，故最后得c.a的值為0X0027004（十進制39轉成十六進制為0X27）。
同樣，對于b的調用，程序將跳到AB::ABCD，但生成的b的調用代碼時，將參數0XABCDEF12按照參數類型為long的格式記錄在傳遞參數的內存中，然后跳到AB::ABCD。但編譯AB::ABCD時又按照參數為兩個short類型來映射參數tem1和tem2對應的地址，因此容易想到tem1的值將為0XEF12，tem2的值為0XABCD，但實際并非如此。參數如何傳遞由之前說的函數調用規則決定，函數調用的具體實現細節在《C++從零開始（十五）》中說明，這里只需了解到成員函數映射的仍然是地址，而它的類型決定了如何使用它，后面說明。


聲明的含義

前面已經解釋過聲明是什么意思，在此由于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，并且將對應的地址欄空著，然后留下一些信息以告訴連接器——此.obj文件（編譯器編譯源文件后生成的文件，對于VC是.obj文件）需要一些符號，將這些符號找到后再修改并完善此.obj文件，最后連接。
回想之前說過的符號的意思，它就是一字符串，用于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并完善（因為有些映射元素的地址欄還是空的）中間文件（對于VC就是.obj文件），不進行語法分析，也就沒有什么類型。
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并不分配內存。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于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，那么編譯器將報錯。