C++简明教程（二）

本文内容来自菜鸟教程， C++教程，该篇内容仅作为笔记使用

C++引用

引用变量是一个别名，也就是说，它是某个已存在变量的另一个名字。一旦把引用初始化为某个变量，就可以使用该引用名称或变量名称来指向变量。

引用 vs 指针

引用很容易与指针混淆，它们之间有三个主要的不同：

• 不存在空引用。引用必须连接到一块合法的内存。
• 一旦引用被初始化为一个对象，就不能被指向到另一个对象。指针可以在任何时候指向到另一个对象。
• 引用必须在创建时被初始化。指针可以在任何时间被初始化。

创建引用

试想变量名称是变量附属在内存位置中的标签，您可以把引用当成是变量附属在内存位置中的第二个标签。因此，您可以通过原始变量名称或引用来访问变量的内容。例如：

int i = 17;

我们可以为 i 声明引用变量，如下所示：

int&  r = i;
double& s = d;

在这些声明中，& 读作引用。因此，第一个声明可以读作 "r 是一个初始化为 i 的整型引用"，第二个声明可以读作 "s 是一个初始化为 d 的 double 型引用"。下面的实例使用了 int 和 double 引用：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main ()
{
   // 声明简单的变量
   int    i;
   double d;
 
   // 声明引用变量
   int&    r = i;
   double& s = d;
   
   i = 5;
   cout << "Value of i : " << i << endl; // 输出5
   cout << "Value of i reference : " << r  << endl; // 输出 5
 
   d = 11.7;
   cout << "Value of d : " << d << endl; // 输出 11.7
   cout << "Value of d reference : " << s  << endl; // 输出 11.7
   
   return 0;
}

引用通常用于函数参数列表和函数返回值。下面列出了 C++ 程序员必须清楚的两个与 C++ 引用相关的重要概念：

概念	描述
把引用作为参数	C++ 支持把引用作为参数传给函数，这比传一般的参数更安全。
把引用作为返回值	可以从 C++ 函数中返回引用，就像返回其他数据类型一样。

把引用作为参数

#include <iostream>
using namespace std;
 
// 函数声明
void swap(int& x, int& y);
 
int main ()
{
   // 局部变量声明
   int a = 100;
   int b = 200;
 
   cout << "交换前，a 的值：" << a << endl;
   cout << "交换前，b 的值：" << b << endl;
 
   /* 调用函数来交换值 */
   swap(a, b);
 
   cout << "交换后，a 的值：" << a << endl;
   cout << "交换后，b 的值：" << b << endl;
 
   return 0;
}
 
// 函数定义
void swap(int& x, int& y)
{
   int temp;
   temp = x; /* 保存地址 x 的值 */
   x = y;    /* 把 y 赋值给 x */
   y = temp; /* 把 x 赋值给 y  */
  
   return;
}

引用作为函数参数

C++之所以增加引用类型， 主要是把它作为函数参数，以扩充函数传递数据的功能。

C++ 函数传参：

(1)将变量名作为实参和形参。这时传给形参的是变量的值，传递是单向的。如果在执行函数期间形参的值发生变化，并不传回给实参。因为在调用函数时，形参和实参不是同一个存储单元。// 同 c

(2) 传递变量的指针。形参是指针变量，实参是一个变量的地址，调用函数时，形参(指针变量)指向实参变量单元。这种通过形参指针可以改变实参的值。// 同 c

(3) C++提供了 传递变量的引用。形参是引用变量，和实参是一个变量，调用函数时，形参(引用变量)指向实参变量单元。这种通过形参引用可以改变实参的值。

把引用作为返回值？？？？？？？？？？？？

通过使用引用来替代指针，会使 C++ 程序更容易阅读和维护。C++ 函数可以返回一个引用，方式与返回一个指针类似。

当函数返回一个引用时，则返回一个指向返回值的隐式指针。这样，函数就可以放在赋值语句的左边。例如，请看下面这个简单的程序：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
double vals[] = {10.1, 12.6, 33.1, 24.1, 50.0};
 
double& setValues( int i )
{
  return vals[i];   // 返回第 i 个元素的引用
}
 
// 要调用上面定义函数的主函数
int main ()
{
 
   cout << "改变前的值" << endl;
   for ( int i = 0; i < 5; i++ )
   {
       cout << "vals[" << i << "] = ";
       cout << vals[i] << endl;
   }
 
   setValues(1) = 20.23; // 改变第 2 个元素
   setValues(3) = 70.8;  // 改变第 4 个元素
 
   cout << "改变后的值" << endl;
   for ( int i = 0; i < 5; i++ )
   {
       cout << "vals[" << i << "] = ";
       cout << vals[i] << endl;
   }
   return 0;
}

当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

改变前的值
vals[0] = 10.1
vals[1] = 12.6
vals[2] = 33.1
vals[3] = 24.1
vals[4] = 50
改变后的值
vals[0] = 10.1
vals[1] = 20.23
vals[2] = 33.1
vals[3] = 70.8
vals[4] = 50

日期和时间

C++ 标准库没有提供所谓的日期类型。C++ 继承了 C 语言用于日期和时间操作的结构和函数。为了使用日期和时间相关的函数和结构，需要在 C++ 程序中引用 <ctime> 头文件。

有四个与时间相关的类型：clock_t、time_t、size_t 和 tm。类型 clock_t、size_t 和 time_t 能够把系统时间和日期表示为某种整数。

结构类型 tm 把日期和时间以 C 结构的形式保存，tm 结构的定义如下：

struct tm {
  int tm_sec;   // 秒，正常范围从 0 到 59，但允许至 61
  int tm_min;   // 分，范围从 0 到 59
  int tm_hour;  // 小时，范围从 0 到 23
  int tm_mday;  // 一月中的第几天，范围从 1 到 31
  int tm_mon;   // 月，范围从 0 到 11
  int tm_year;  // 自 1900 年起的年数
  int tm_wday;  // 一周中的第几天，范围从 0 到 6，从星期日算起
  int tm_yday;  // 一年中的第几天，范围从 0 到 365，从 1 月 1 日算起
  int tm_isdst; // 夏令时
}

下面是 C/C++ 中关于日期和时间的重要函数。所有这些函数都是 C/C++ 标准库的组成部分，您可以在 C++ 标准库中查看一下各个函数的细节。

序号	函数 & 描述
1	time_t time(time_t *time); <br />该函数返回系统的当前日历时间，自 1970 年 1 月 1 日以来经过的秒数。如果系统没有时间，则返回 .1。
2	char *ctime(const time_t *time); <br />该返回一个表示当地时间的字符串指针，字符串形式 day month year hours:minutes:seconds year\n\0。
3	struct tm *localtime(const time_t *time); <br />该函数返回一个指向表示本地时间的 tm 结构的指针。
4	clock_t clock(void); <br />该函数返回程序执行起（一般为程序的开头），处理器时钟所使用的时间。如果时间不可用，则返回 .1。
5	char * asctime ( const struct tm * time ); <br />该函数返回一个指向字符串的指针，字符串包含了 time 所指向结构中存储的信息，返回形式为：day month date hours:minutes:seconds year\n\0。
6	struct tm *gmtime(const time_t *time); <br />该函数返回一个指向 time 的指针，time 为 tm 结构，用协调世界时（UTC）也被称为格林尼治标准时间（GMT）表示。
7	time_t mktime(struct tm *time); <br />该函数返回日历时间，相当于 time 所指向结构中存储的时间。
8	double difftime ( time_t time2, time_t time1 ); <br />该函数返回 time1 和 time2 之间相差的秒数。
9	size_t strftime(); <br />该函数可用于格式化日期和时间为指定的格式。

当前日期与时间

#include <iostream>
#include <ctime>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   // 基于当前系统的当前日期/时间
   time_t now = time(0);
   
   // 把 now 转换为字符串形式
   char* dt = ctime(&now);
 
   cout << "本地日期和时间：" << dt << endl;
 
   // 把 now 转换为 tm 结构
   tm *gmtm = gmtime(&now);
   dt = asctime(gmtm);
   cout << "UTC 日期和时间："<< dt << endl;
}

使用结构 tm 格式化时间

tm 结构在 C/C++ 中处理日期和时间相关的操作时，显得尤为重要。tm 结构以 C 结构的形式保存日期和时间。大多数与时间相关的函数都使用了 tm 结构。下面的实例使用了 tm 结构和各种与日期和时间相关的函数。

在练习使用结构之前，需要对 C 结构有基本的了解，并懂得如何使用箭头 -> 运算符来访问结构成员。

#include <iostream>
#include <ctime>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   // 基于当前系统的当前日期/时间
   time_t now = time(0);
 
   cout << "1970 到目前经过秒数:" << now << endl;
 
   tm *ltm = localtime(&now);
 
   // 输出 tm 结构的各个组成部分
   cout << "年: "<< 1900 + ltm->tm_year << endl;
   cout << "月: "<< 1 + ltm->tm_mon<< endl;
   cout << "日: "<<  ltm->tm_mday << endl;
   cout << "时间: "<< ltm->tm_hour << ":";
   cout << ltm->tm_min << ":";
   cout << ltm->tm_sec << endl;
}

基本输入输出

C++ 标准库提供了一组丰富的输入/输出功能，我们将在后续的章节进行介绍。本章将讨论 C++ 编程中最基本和最常见的 I/O 操作。

C++ 的 I/O 发生在流中，流是字节序列。如果字节流是从设备（如键盘、磁盘驱动器、网络连接等）流向内存，这叫做输入操作。如果字节流是从内存流向设备（如显示屏、打印机、磁盘驱动器、网络连接等），这叫做输出操作。

I/O 库头文件

下列的头文件在 C++ 编程中很重要。

头文件	函数和描述
<iostream>	该文件定义了 cin、cout、cerr 和 clog 对象，分别对应于标准输入流、标准输出流、非缓冲标准错误流和缓冲标准错误流。
<iomanip>	该文件通过所谓的参数化的流操纵器（比如 setw 和 setprecision），来声明对执行标准化 I/O 有用的服务。
<fstream>	该文件为用户控制的文件处理声明服务。我们将在文件和流的相关章节讨论它的细节。

标准输出流（cout）

预定义的对象 cout 是 iostream 类的一个实例。cout 对象"连接"到标准输出设备，通常是显示屏。cout 是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Hello C++";
 
   cout << "Value of str is : " << str << endl;
}

C++ 编译器根据要输出变量的数据类型，选择合适的流插入运算符来显示值。<< 运算符被重载来输出内置类型（整型、浮点型、double 型、字符串和指针）的数据项。

标准输入流（cin）

预定义的对象 cin 是 iostream 类的一个实例。cin 对象附属到标准输入设备，通常是键盘。cin 是与流提取运算符 >> 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char name[50];
 
   cout << "请输入您的名称： ";
   cin >> name;
   cout << "您的名称是： " << name << endl;
 
}

C++ 编译器根据要输入值的数据类型，选择合适的流提取运算符来提取值，并把它存储在给定的变量中。

流提取运算符 >> 在一个语句中可以多次使用，如果要求输入多个数据，可以使用如下语句：

cin >> name >> age;

这相当于下面两个语句：

cin >> name;
cin >> age;

标准错误流（cerr）

预定义的对象 cerr 是 iostream 类的一个实例。cerr 对象附属到标准错误设备，通常也是显示屏，但是 cerr 对象是非缓冲的，且每个流插入到 cerr 都会立即输出。

cerr 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Unable to read....";
 
   cerr << "Error message : " << str << endl;
}

标准日志流（clog）

预定义的对象 clog 是 iostream 类的一个实例。clog 对象附属到标准错误设备，通常也是显示屏，但是 clog 对象是缓冲的。这意味着每个流插入到 clog 都会先存储在缓冲在，直到缓冲填满或者缓冲区刷新时才会输出。

clog 也是与流插入运算符 << 结合使用的，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
int main( )
{
   char str[] = "Unable to read....";
 
   clog << "Error message : " << str << endl;
}

通过这些小实例，我们无法区分 cout、cerr 和 clog 的差异，但在编写和执行大型程序时，它们之间的差异就变得非常明显。所以良好的编程实践告诉我们，使用 cerr 流来显示错误消息，而其他的日志消息则使用 clog 流来输出。

结构体

C/C++ 数组允许定义可存储相同类型数据项的变量，但是结构是 C++ 中另一种用户自定义的可用的数据类型，它允许您存储不同类型的数据项。

定义结构体

struct type_name {
member_type1 member_name1;
member_type2 member_name2;
member_type3 member_name3;
.
.
} object_names;

type_name 是结构体类型的名称

member_type1 member_name1 是标准的变量定义，比如 int i; 或者 float f; 或者其他有效的变量定义。

在结构定义的末尾，最后一个分号之前，您可以指定一个或多个结构变量，这是可选的。下面是声明一个结构体类型 Books，变量为 book：

struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
} book;

访问结构体成员

使用成员访问运算符（.）

int main( )
{
   struct Books Book1;        // 定义结构体类型 Books 的变量 Book1
 
   // Book1 详述
   strcpy( Book1.title, "C++ 教程");
   strcpy( Book1.author, "Runoob"); 
   strcpy( Book1.subject, "编程语言");
   Book1.book_id = 12345;
 
   return 0;
}

结构作为函数参数

void printBook( struct Books book );

指向结构的指针

struct Books *struct_pointer;
struct_pointer = &Book1;
struct_pointer->title; // 访问结构的成员

typedef 关键字

面是一种更简单的定义结构的方式，您可以为创建的类型取一个"别名"。例如：

typedef struct Books
{
   char  title[50];
   char  author[50];
   char  subject[100];
   int   book_id;
}Book;

现在，您可以直接使用 Books来定义 Books 类型的变量，而不需要使用 struct 关键字。下面是实例：

Book Book1, Book2;

以使用 typedef 关键字来定义非结构类型，如下所示：

typedef long int *pint32;
 
pint32 x, y, z; // x, y 和 z 都是指向长整型 long int 的指针。

类&对象

类中的数据和方法称为类的成员

类定义

class Box
{
   public:
      double length;   // 盒子的长度
      double breadth;  // 盒子的宽度
      double height;   // 盒子的高度
};

定义对象

Box Box1;          // 声明 Box1，类型为 Box
Box Box2;          // 声明 Box2，类型为 Box

访问数据成员

类的对象的公共数据成员可以使用直接成员访问运算符 (.) 来访问

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;   // 长度
      double breadth;  // 宽度
      double height;   // 高度
};
 
int main( )
{
   Box Box1;        // 声明 Box1，类型为 Box
   double volume = 0.0;     // 用于存储体积
 
   // box 1 详述
   Box1.height = 5.0; 
   Box1.length = 6.0; 
   Box1.breadth = 7.0;
 
   // box 1 的体积
   volume = Box1.height * Box1.length * Box1.breadth;
   cout << "Box1 的体积：" << volume <<endl;
   return 0;
}

需要注意的是，私有成员和受保护的成员不能使用直接成员访问运算符 (.) 来直接访问

类 & 对象详解

概念	描述
类成员函数	类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数，就像类定义中的其他变量一样。
类访问修饰符	类成员可以被定义为 public、private 或 protected。默认情况下是定义为 private。
构造函数 & 析构函数	类的构造函数是一种特殊的函数，在创建一个新的对象时调用。类的析构函数也是一种特殊的函数，在删除所创建的对象时调用。
C++ 拷贝构造函数	拷贝构造函数，是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。
C++ 友元函数	友元函数可以访问类的 private 和 protected 成员。
C++ 内联函数	通过内联函数，编译器试图在调用函数的地方扩展函数体中的代码。
C++ 中的 this 指针	每个对象都有一个特殊的指针 this，它指向对象本身。
C++ 中指向类的指针	指向类的指针方式如同指向结构的指针。实际上，类可以看成是一个带有函数的结构。
C++ 类的静态成员	类的数据成员和函数成员都可以被声明为静态的。

类成员函数

类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数，就像类定义中的其他变量一样。类成员函数是类的一个成员，它可以操作类的任意对象，可以访问对象中的所有成员。

让我们看看之前定义的类 Box，现在我们要使用成员函数来访问类的成员，而不是直接访问这些类的成员：

class Box
{
   public:
      double length;         // 长度
      double breadth;        // 宽度
      double height;         // 高度
      double getVolume(void);// 返回体积
};

成员函数可以定义在类定义内部，或者单独使用范围解析运算符 :: 来定义。

在类定义中定义的成员函数把函数声明为内联的，即便没有使用 inline 标识符。所以您可以按照如下方式定义 Volume() 函数：

class Box
{
   public:
      double length;      // 长度
      double breadth;     // 宽度
      double height;      // 高度
   
      double getVolume(void)
      {
         return length * breadth * height;
      }
};

也可以在类的外部使用范围解析运算符 :: 定义该函数，如下所示：

double Box::getVolume(void)
{
    return length * breadth * height;
}

在这里，需要强调一点，在 :: 运算符之前必须使用类名。

调用成员函数是在对象上使用点运算符（.），这样它就能操作与该对象相关的数据，如下所示：

Box myBox;          // 创建一个对象
 
myBox.getVolume();  // 调用该对象的成员函数

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;         // 长度
      double breadth;        // 宽度
      double height;         // 高度
 
      // 成员函数声明
      double getVolume(void);
      void setLength( double len );
      void setBreadth( double bre );
      void setHeight( double hei );
};
 
// 成员函数定义
double Box::getVolume(void)
{
    return length * breadth * height;
}
 
void Box::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
void Box::setBreadth( double bre )
{
    breadth = bre;
}
 
void Box::setHeight( double hei )
{
    height = hei;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box mBox1;                // 声明 Box1，类型为 Box
   double volume = 0.0;     // 用于存储体积
 
   // box 1 详述
   mBox1.setLength(6.0); 
   mBox1.setBreadth(7.0); 
   mBox1.setHeight(5.0);
 
   // box 1 的体积
   volume = mBox1.getVolume();
   cout << "Box1 的体积：" << volume <<endl;

   return 0;
}

类访问修饰符

数据封装是面向对象编程的一个重要特点，它防止函数直接访问类类型的内部成员。

关键字 public、private、protected 称为访问修饰符。

一个类可以有多个 public、protected 或 private 标记区域。每个标记区域在下一个标记区域开始之前或者在遇到类主体结束右括号之前都是有效的。

成员和类的默认访问修饰符是 private。

class Base {
 
   public:
 
   // 公有成员, public 到 protected 之间的都是共有成员
 
   protected:
 
   // 受保护成员
 
   private:
 
   // 私有成员
 
};

• 公有（public）成员

公有成员在程序中类的外部是可访问的。可以不使用任何成员函数来设置和获取公有变量的值

• 私有（private）成员
  • 私有成员变量或函数在类的外部是不可访问的，甚至是不可查看的。
  • 只有类和友元函数可以访问私有成员。
  • 默认情况下，类的所有成员都是私有的。

实际操作中，我们一般会在私有区域定义数据，在公有区域定义相关的函数，以便在类的外部也可以调用这些函数，如下所示：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;
      void setWidth( double wid );
      double getWidth( void );
 
   private:
      double width;
};
 
// 成员函数定义
double Box::getWidth(void)
{
    return width;
}
 
void Box::setWidth( double wid )
{
    width = wid;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box box;
 
   // 不使用成员函数设置长度
   box.length = 10.0; // OK: 因为 length 是公有的
   cout << "Length of box : " << box.length <<endl;
 
   // 不使用成员函数设置宽度
   // box.width = 10.0; // Error: 因为 width 是私有的
   box.setWidth(10.0);  // 使用成员函数设置宽度
   cout << "Width of box : " << box.getWidth() <<endl;
 
   return 0;
}

• 保护（protected）成员

保护成员变量或函数与私有成员十分相似，但有一点不同，保护成员在派生类（即子类）中是可访问的。

继承中的特点

有public, protected, private三种继承方式，它们相应地改变了基类成员的访问属性。

• 1.public 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：public, protected, private
• 2.protected 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：protected, protected, private
• 3.private 继承：基类 public 成员，protected 成员，private 成员的访问属性在派生类中分别变成：private, private, private

但无论哪种继承方式，上面两点都没有改变：

• 1.private 成员只能被本类成员（类内）和友元访问，不能被派生类访问；
• 2.protected 成员可以被派生类访问。

class A{}
class B : public A{}
class C : protected A{}
class D : private A{}

如果继承时不显式声明继承方式，则默认是 private 继承

在 struct 中默认 public 继承

类构造函数 & 析构函数

构造函数

类的构造函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次创建类的新对象时执行。

构造函数的名称与类的名称是完全相同的，并且不会返回任何类型，也不会返回 void。构造函数可用于为某些成员变量设置初始值。

下面的实例有助于更好地理解构造函数的概念：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line();  // 这是构造函数
 
   private:
      double length;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(void)
{
    cout << "Object is being created" << endl;
}
 
void Line::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
double Line::getLength( void )
{
    return length;
}
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line;
 
   // 设置长度
   line.setLength(6.0); 
   cout << "Length of line : " << line.getLength() <<endl;
 
   return 0;
}

带参数的构造函数

默认的构造函数没有任何参数，但如果需要，构造函数也可以带有参数。这样在创建对象时就会给对象赋初始值，如下面的例子所示：

class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line(double len);  // 这是构造函数
 
   private:
      double length;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line( double len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
    length = len;
}

使用初始化列表来初始化字段

使用初始化列表来初始化字段：

Line::Line( double len): length(len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

上面的语法等同于如下语法：

Line::Line( double len)
{
    length = len;
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

假设有一个类 C，具有多个字段 X、Y、Z 等需要进行初始化，同理地，您可以使用上面的语法，只需要在不同的字段使用逗号进行分隔，如下所示：

C::C( double a, double b, double c): X(a), Y(b), Z(c)
{
  ....
}

析构函数

类的析构函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次删除所创建的对象时执行。

析构函数的名称与类的名称是完全相同的，只是在前面加了个波浪号（~）作为前缀，它不会返回任何值，也不能带有任何参数。

析构函数有助于在跳出程序（比如关闭文件、释放内存等）前释放资源。

下面的实例有助于更好地理解析构函数的概念：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line();   // 这是构造函数声明
      ~Line();  // 这是析构函数声明
 
   private:
      double length;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(void)
{
    cout << "Object is being created" << endl;
}
Line::~Line(void)
{
    cout << "Object is being deleted" << endl;
}
 
void Line::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
double Line::getLength( void )
{
    return length;
}
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line;
 
   // 设置长度
   line.setLength(6.0); 
   cout << "Length of line : " << line.getLength() <<endl;
 
   return 0;
}

拷贝构造函数

拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。拷贝构造函数通常用于：

• 通过使用另一个同类型的对象来初始化新创建的对象。
• 复制对象把它作为参数传递给函数。
• 复制对象，并从函数返回这个对象。

如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个。如果类带有指针变量，并有动态内存分配，则它必须有一个拷贝构造函数。拷贝构造函数的最常见形式如下：

// 这里，obj 是一个对象引用，该对象是用于初始化另一个对象的。
classname (const classname &obj) { 
   // 构造函数的主体
}

实例：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      int getLength( void );
      Line( int len );             // 简单的构造函数
      Line( const Line &obj);      // 拷贝构造函数
      ~Line();                     // 析构函数
 
   private:
      int *ptr;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(int len)
{
    cout << "调用构造函数" << endl;
    // 为指针分配内存
    ptr = new int;
    *ptr = len;
}
 
Line::Line(const Line &obj)
{
    cout << "调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存" << endl;
    ptr = new int;
    *ptr = *obj.ptr; // 拷贝值
}
 
Line::~Line(void)
{
    cout << "释放内存" << endl;
    delete ptr;
}
int Line::getLength( void )
{
    return *ptr;
}
 
void display(Line obj)
{
   cout << "line 大小 : " << obj.getLength() <<endl;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line(10);
 
   display(line);
 
   return 0;
}

执行结果：

调用构造函数
调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存
line 大小 : 10
释放内存
释放内存

下面的实例对上面的实例稍作修改，通过使用已有的同类型的对象来初始化新创建的对象：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Line
{
   public:
      int getLength( void );
      Line( int len );             // 简单的构造函数
      Line( const Line &obj);      // 拷贝构造函数
      ~Line();                     // 析构函数
 
   private:
      int *ptr;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(int len)
{
    cout << "调用构造函数" << endl;
    // 为指针分配内存
    ptr = new int;
    *ptr = len;
}
 
Line::Line(const Line &obj)
{
    cout << "调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存" << endl;
    ptr = new int;
    *ptr = *obj.ptr; // 拷贝值
}
 
Line::~Line(void)
{
    cout << "释放内存" << endl;
    delete ptr;
}
int Line::getLength( void )
{
    return *ptr;
}
 
void display(Line obj)
{
   cout << "line 大小 : " << obj.getLength() <<endl;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Line line1(10);
 
   Line line2 = line1; // 这里也调用了拷贝构造函数
 
   display(line1);
   display(line2);
 
   return 0;
}

执行结果：

调用构造函数
调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存
调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存
line 大小 : 10
释放内存
调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存
line 大小 : 10
释放内存
释放内存
释放内存

拷贝构造函数（补充）

几个原则：

C++ primer p406 ：拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，具有单个形参，该形参（常用const修饰）是对该类类型的引用。当定义一个新对象并用一个同类型的对象对它进行初始化时，将显示使用拷贝构造函数。当该类型的对象传递给函数或从函数返回该类型的对象时，将隐式调用拷贝构造函数。

C++支持两种初始化形式：

拷贝初始化 int a = 5; 和直接初始化 int a(5); 对于其他类型没有什么区别，对于类类型直接初始化直接调用实参匹配的构造函数，拷贝初始化总是调用拷贝构造函数，也就是说：

A x(2);　　//直接初始化，调用构造函数
A y = x;　　//拷贝初始化，调用拷贝构造函数

必须定义拷贝构造函数的情况：

只包含类类型成员或内置类型（但不是指针类型）成员的类，无须显式地定义拷贝构造函数也可以拷贝；有的类有一个数据成员是指针，或者是有成员表示在构造函数中分配的其他资源，这两种情况下都必须定义拷贝构造函数。

什么情况使用拷贝构造函数：

类的对象需要拷贝时，拷贝构造函数将会被调用。以下情况都会调用拷贝构造函数：

• （1）一个对象以值传递的方式传入函数体
• （2）一个对象以值传递的方式从函数返回
• （3）一个对象需要通过另外一个对象进行初始化。

友元函数

类的友元函数是定义在类外部，但有权访问类的所有私有（private）成员和保护（protected）成员。尽管友元函数的原型有在类的定义中出现过，但是友元函数并不是成员函数。

友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类，在这种情况下，整个类及其所有成员都是友元。

如果要声明函数为一个类的友元，需要在类定义中该函数原型前使用关键字 friend，如下所示：

class Box
{
   double width;
public:
   double length;
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

声明类 ClassTwo 的所有成员函数作为类 ClassOne 的友元，需要在类 ClassOne 的定义中放置如下声明：

friend class ClassTwo;

例：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   double width;
public:
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

// 成员函数定义
void Box::setWidth( double wid )
{
    width = wid;
}

// 请注意：printWidth() 不是任何类的成员函数
void printWidth( Box box )
{
   /* 因为 printWidth() 是 Box 的友元，它可以直接访问该类的任何成员 */
   cout << "Width of box : " << box.width <<endl;
}
 
// 程序的主函数
int main( )
{
   Box box;
 
   // 使用成员函数设置宽度
   box.setWidth(10.0);
   
   // 使用友元函数输出宽度
   printWidth( box );
 
   return 0;
}

友元函数的使用

因为友元函数没有this指针，则参数要有三种情况：

• 要访问非static成员时，需要对象做参数；

• 要访问static成员或全局变量时，则不需要对象做参数；

• 如果做参数的对象是全局对象，则不需要对象做参数.

• 可以直接调用友元函数，不需要通过对象或指针

对教程中的例子，稍加修改，添加了友元类的使用。

#include <iostream>

using namespace std;

class Box
{
    double width;
public:
    friend void printWidth(Box box); // 声明友元函数
    friend class BigBox; // 声明友元类
    void setWidth(double wid);
};

class BigBox // Box的友元类
{
public :
    void Print(int width, Box &box)
    {
        // BigBox是Box的友元类，它可以直接访问Box类的任何成员
        box.setWidth(width);
        cout << "Width of box : " << box.width << endl;
    }
};

// 成员函数定义
void Box::setWidth(double wid)
{
    width = wid;
}

// 请注意：printWidth() 不是任何类的成员函数
void printWidth(Box box)
{
    /* 因为 printWidth() 是 Box 的友元，它可以直接访问该类的任何成员 */
    cout << "Width of box : " << box.width << endl;
}

// 程序的主函数
int main()
{
    Box box;
    BigBox big;

    // 使用成员函数设置宽度
    box.setWidth(10.0);

    // 使用友元函数输出宽度
    printWidth(box);

    // 使用友元类中的方法设置宽度
    big.Print(20, box);

    getchar();
    return 0;
}

内联函数

C++ 内联函数是通常与类一起使用。如果一个函数是内联的，那么在编译时，编译器会把该函数的代码副本放置在每个调用该函数的地方。

对内联函数进行任何修改，都需要重新编译函数的所有客户端，因为编译器需要重新更换一次所有的代码，否则将会继续使用旧的函数。

如果想把一个函数定义为内联函数，则需要在函数名前面放置关键字 inline，在调用函数之前需要对函数进行定义。如果已定义的函数多于一行，编译器会忽略 inline 限定符。？？？？？

在类定义中的定义的函数都是内联函数，即使没有使用 inline 说明符。

下面是一个实例，使用内联函数来返回两个数中的最大值：

#include <iostream>
 
using namespace std;

inline int Max(int x, int y)
{
   return (x > y)? x : y;
}

// 程序的主函数
int main( )
{

   cout << "Max (20,10): " << Max(20,10) << endl;
   cout << "Max (0,200): " << Max(0,200) << endl;
   cout << "Max (100,1010): " << Max(100,1010) << endl;
   return 0;
}

内联函数inline：

引入内联函数的目的是为了解决程序中函数调用的效率问题，这么说吧，程序在编译器编译的时候，编译器将程序中出现的内联函数的调用表达式用内联函数的函数体进行替换，而对于其他的函数，都是在运行时候才被替代。这其实就是个空间代价换时间的i节省。所以内联函数一般都是1-5行的小函数。在使用内联函数时要留神：

• 1.在内联函数内不允许使用循环语句和开关语句；
• 2.内联函数的定义必须出现在内联函数第一次调用之前；
• 3.类结构中所在的类说明内部定义的函数是内联函数。

内联函数：

Tip： 只有当函数只有 10 行甚至更少时才将其定义为内联函数.

定义: 当函数被声明为内联函数之后, 编译器会将其内联展开, 而不是按通常的函数调用机制进行调用.

优点: 当函数体比较小的时候, 内联该函数可以令目标代码更加高效. 对于存取函数以及其它函数体比较短, 性能关键的函数, 鼓励使用内联.

缺点: 滥用内联将导致程序变慢. 内联可能使目标代码量或增或减, 这取决于内联函数的大小. 内联非常短小的存取函数通常会减少代码大小, 但内联一个相当大的函数将戏剧性的增加代码大小. 现代处理器由于更好的利用了指令缓存, 小巧的代码往往执行更快。

结论: 一个较为合理的经验准则是, 不要内联超过 10 行的函数. 谨慎对待析构函数, 析构函数往往比其表面看起来要更长, 因为有隐含的成员和基类析构函数被调用!

另一个实用的经验准则:

内联那些包含循环或 switch 语句的函数常常是得不偿失 (除非在大多数情况下, 这些循环或 switch 语句从不被执行).

有些函数即使声明为内联的也不一定会被编译器内联, 这点很重要;

比如虚函数和递归函数就不会被正常内联.

通常,

递归函数不应该声明成内联函数.(递归调用堆栈的展开并不像循环那么简单, 比如递归层数在编译时可能是未知的, 大多数编译器都不支持内联递归函数).

虚函数内联的主要原因则是想把它的函数体放在类定义内, 为了图个方便, 抑或是当作文档描述其行为, 比如精短的存取函数.

this 指针

在 C++ 中，每一个对象都能通过 this 指针来访问自己的地址。

this 指针是所有成员函数的隐含参数。因此，在成员函数内部，它可以用来指向调用对象。

友元函数没有 this 指针，因为友元不是类的成员。

只有成员函数才有 this 指针。

C++ Primer Page 258

引入 this：

当我们调用成员函数时，实际上是替某个对象调用它。

成员函数通过一个名为 this 的额外隐式参数来访问调用它的那个对象，当我们调用一个成员函数时，用请求该函数的对象地址初始化 this。例如，如果调用 total.isbn()则编译器负责把 total 的地址传递给 isbn 的隐式形参 this，可以等价地认为编译器将该调用重写成了以下形式：

//伪代码，用于说明调用成员函数的实际执行过程
Sales_data::isbn(&total)

其中，调用 Sales_data 的 isbn 成员时传入了 total 的地址。

在成员函数内部，我们可以直接使用调用该函数的对象的成员，而无须通过成员访问运算符来做到这一点，因为 this 所指的正是这个对象。

任何对类成员的直接访问都被看作是对 this 的隐式引用，也就是说，当 isbn 使用 bookNo 时，它隐式地使用 this 指向的成员，就像我们书写了 this->bookNo 一样。

对于我们来说，this 形参是隐式定义的。实际上，任何自定义名为 this 的参数或变量的行为都是非法的。我们可以在成员函数体内部使用 this，因此尽管没有必要，我们还是能把 isbn 定义成如下形式：

std::string isbn() const { return this->bookNo; }

因为 this 的目的总是指向“这个”对象，所以 this 是一个常量指针（参见2.4.2节，第56页），我们不允许改变 this 中保存的地址。

类的静态成员

可以使用 static 关键字来把类成员定义为静态的。当我们声明类的成员为静态时，这意味着无论创建多少个类的对象，静态成员都只有一个副本。

静态成员在类的所有对象中是共享的。

如果不存在其他的初始化语句，在创建第一个对象时，所有的静态数据都会被初始化为零。

我们不能把静态成员的初始化放置在类的定义中(这里应该是类的构造函数里面吧？？？)，但是可以在类的外部通过使用范围解析运算符 :: 来重新声明静态变量从而对它进行初始化，如下面的实例所示。

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      static int objectCount;
      // 构造函数定义
      Box(double l=2.0, double b=2.0, double h=2.0)
      {
         cout <<"Constructor called." << endl;
         length = l;
         breadth = b;
         height = h;
         // 每次创建对象时增加 1
         objectCount++;
      }
      double Volume()
      {
         return length * breadth * height;
      }
   private:
      double length;     // 长度
      double breadth;    // 宽度
      double height;     // 高度
};
 
// 初始化类 Box 的静态成员
int Box::objectCount = 0;
 
int main(void)
{
   Box Box1(3.3, 1.2, 1.5);    // 声明 box1
   Box Box2(8.5, 6.0, 2.0);    // 声明 box2
 
   // 输出对象的总数
   cout << "Total objects: " << Box::objectCount << endl;
 
   return 0;
}

静态成员属于类作用域，但不属于类对象，它的生命周期和普通的静态变量一样，程序运行时进行分配内存和初始化，程序结束时则被释放。所以不能在类的构造函数中进行初始化。

static成员的优点

• static成员的名字是在类的作用域中，因此可以避免与其它类成员或全局对象名字冲突。
• 可以实施封装，static成员可以是私有的，而全局对象不可以。
• 阅读程序容易看出static成员与某个类相关联，这种可见性可以清晰地反映程序员的意图。

static成员函数特点

• 因为static成员函数没有this指针，所以静态成员函数不可以访问非静态成员。
• 非静态成员函数可以访问静态成员。
• 静态数据成员与类的大小无关，因为静态成员只是作用在类的范围而已。

#include <iostream>

using namespace std;

class Test
{
public:
    Test() : y(1), r(y), d(3){} //对于常量型成员变量和引用型成员变量，必须通过参数化列表的方式进行初始化。
    ~Test(){}

    int y;      //普通变量成员
    int &r;     //引用成员变量
    const int d;    //常量成员变量
    static int c;   //静态成员变量
    static const int x = 2.1;   //静态常量整型成员变量
    static const int xx;        //静态常量整型成员变量声明
    static const double z;  //静态常量非整型成员变量声明
    static const float zz = 6.6;    //静态常量非整型成员变量
};


const int Test::xx = 4; //静态常量整型成员变量定义
const double Test::z = 5.1; ////静态常量非整型成员变量定义
int Test::c = 2;

int main(void)
{
    cout << Test::x << endl;    

    return 0;
}

静态成员函数

如果把函数成员声明为静态的，就可以把函数与类的任何特定对象独立开来。静态成员函数即使在类对象不存在的情况下也能被调用，静态函数只要使用类名加范围解析运算符 :: 就可以访问。

静态成员函数只能访问静态成员数据、其他静态成员函数和类外部的其他函数。

静态成员函数有一个类范围，他们不能访问类的 this 指针。您可以使用静态成员函数来判断类的某些对象是否已被创建。

静态成员函数与普通成员函数的区别：

• 静态成员函数没有 this 指针，只能访问静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）。
• 普通成员函数有 this 指针，可以访问类中的任意成员；而静态成员函数没有 this 指针。

static用法总结

• c语言中：
  • 用于函数内部修饰变量，即函数内的静态变量。这种变量的生存期长于该函数，使得函数具有一定的“状态”。使用静态变量的函数一般是不可重入的，也不是线程安全的，比如strtok(3)。
  • 用在文件级别（函数体之外），修饰变量或函数，表示该变量或函数只在本文件可见，其他文件看不到也访问不到该变量或函数。专业的说法叫“具有internal linkage”（简言之：不暴露给别的translation unit）。
• c++语言中（由于C++引入了类，在保持与C语言兼容的同时，static关键字又有了两种新用法）：
  • 用于修饰类的数据成员，即所谓“静态成员”。这种数据成员的生存期大于class的对象（实例/instance）。静态数据成员是每个class有一份，普通数据成员是每个instance 有一份。
  • 用于修饰class的成员函数，即所谓“静态成员函数”。这种成员函数只能访问静态成员和其他静态程员函数，不能访问非静态成员和非静态成员函数。