C++程序设计1(侯捷video 1-6)(Inline、访问级别、const、引用传递返回、友元、操作符重载)
一、头文件的防御式声明(video2)
#ifndef __COMPLEX__ #define __COMPLEX__ //内容 #endif
二、初步感受模板(video2)
定义的时候:
//复数的实部和虚部可能是int,float等不同类型,使用模板来统一兼容他们 template <typename T> class Complex{ public: Complex(T re, T im) {} private: T re, im; };
使用的时候:
Complex<int>(5, 4); Complex<float>(5.0, 4.0);
三、Inline方法(video3)
当方法在class定义的body中实现,就是Inline方法。
class Complex{ public: Complex(double re, double im) {} //Inline方法 double real(){ return re} double imag(){ return im} private: double re, im; };
理论上来说,将所有的方法都在Body中实现,全部变为Inline方法是最好的,因为Inline方法的执行速度最快。
但是对于编译器来说,是否将该方法变为真正的Inline方法,要看方法是否复杂,编译器是否有能力将其变为Inline方法。
四、访问级别public和private(video3)
class Complex{ //一般将一些提供给外部访问的方法写在public中 public: Complex(double re, double im) {} //Inline方法 double real(){ return re} double imag(){ return im} //一般将一些处理内部事务的方法和数据变量等写在private中 private: double re, im; //public和private可以交错着写,不用死板的写为两段 private: //Todo public: //Todo };
五、构造函数(video3)
class Complex { public: //构造函数 Complex(double r = 0, double i = 0) :re(r), im(i) {} double real() { return re; } double imag() { return im; } private: double re, im; };
构造函数中得re(r),im(i)相当于把实参赋值给变量re和im,这是构造函数特有的特性,其他普通函数是没有的。
建议使用这种方式来赋值,虽然也可以在函数体中使用赋值的方式来传入参数,但不建议。
实例化方式:
//生成Compelx对象,返回对象 Complex c = Complex(5.4, 4.5); //同上 Complex c2(2.1, 3.9); //生成Compelx对象,返回对象的指针 Complex *c3 = new Complex(5.6, 5.6);
六、函数的重载(video3)
class Complex { public: //两个构造函数实现不同方式创建对象 Complex(double r, double i) :re(r), im(i) {} Complex() :re(0), im(0) {} //函数重载,两个real函数虽然名字相同,但参数和返回值都不同 double real() { return re; } void real(double r) { re = r; } double imag() { return im; } private: double re, im; };
函数对于编译器来说,名字回转换成人类无法阅读的形式,例如 ?real@Complex@@QBENXZ
所以,当函数参数、返回值等不同的时候,实际上对于编译器来说是两个不同的函数。
七、函数中使用const(video4)
class Complex { public: Complex(double r, double i) :re(r), im(i) {} double real() const { return re; } void real(double r) { re = r; } private: double re, im; };
在real()方法中使用了const,表示该方法内部不会对数据进行修改。如果不使用const,则表示在方法内部可能对数据进行修改。
在使用的时候:
//对象c2被定义为const,即不可修改 const Complex c2(2.1, 3.9); cout << c2.real() << endl; //调用成功 c2.real(5.0); //调用失败
c2被定义为const,即值不可修改。
那么使用c2.real()打印re的值时,由于定义real()方法时指定方法为const,所以编译器认为该方法不会对数据进行修改,是安全的,调用成功。
使用c2.real(5.0)调用另外一个赋值的real方法,在定义时未指定为const,所以编译器认为该方法可能修改数据,而c2又是const的,所以产生冲突,调用失败。
结论:当我们明确一个方法不会对数据进行修改时,尽量将方法指定为const的。
这里补充一个指针使用const:(2020-3-3)
const int *p = 9; # 表示值不能被修改 *p = 10; # 错误 int a = 7; p = &a; # 正确 int * const p = 9; # 表示p指针不能重新定向 *p = 10; # 正确 int a = 7; p = &a; # 错误
如果const在"*"的左边,则"左定值"。如果const在"*"的右边,则"右定向"。
八、参数传递(传值或引用)和值的返回(返回值或引用)(video4)
传值:pass by value
传引用:Pass by reference
传引用但不能修改:Pass by reference with const
尽量使用传引用的方式才传递参数,因为引用的底层是指针(C语言中指针作为参数传递类似),传递的数据大小为4个字节,速度会很快。
同样,值的返回也尽量返回引用(如果可以的话)。
class Complex { public: Complex(double r, double i) :re(r), im(i) {} //参数为一个Complex对象的引用,并且是const的,表示不能修改 void add(const Complex& c) { this->re += c.real(); this->im += c.imag(); c.real(9.0); //报错,由于传进来的c的引用是const的,不能修改 } double real() const { return re; } void real(double r) { re = r; } double imag() const { return im; } private: double re, im; };
使用:
Complex c1(2.1, 3.9); Complex c2(4.5, 3.6); //将c2的引用传入c1.add(),但是add不能c2造成影响 c1.add(c2); cout << c1.real() << endl;
注意:当使用引用作为参数传递时,如果形参指明是const的,则在函数内部不能对其进行数据修改,如果进行修改,编译器报错。如果未指明const,则函数对其进行修改,会影响传入对象的本体。
九、友元friend(video4)
使用关键字friend将方法设置为友元方法,友元方法可以直接读取私有数据。
class Complex { public: Complex(double r, double i) :re(r), im(i) {} double real() const { return re; } void real(double r) { re = r; } double imag() const { return im; } private: double re, im; //将friend_func函数定义为该类的友元,友元函数可以直接访问私有数据 friend void friend_func(const Complex& c); }; //使用友元直接访问数据 inline void friend_func(const Complex& c){ cout << c.re << endl; }
使用:
Complex c1(2.1, 3.9); //使用友元直接访问数据 friend_func(c1);
另一种友元的场景:
class Complex { public: Complex(double r, double i) :re(r), im(i) {} double real() const { return re; } void real(double r) { re = r; } double imag() const { return im; } //该方法传入另一个Complex,但是在函数内部可以直接访问私有数据 void func(const Complex& c) { cout << c.re << endl; cout << c.im << endl; } private: double re, im; };
使用:
Complex c1(2.1, 3.9); //使用友元直接访问数据 Complex c2(4.5, 4.3); //将c2传入c1.func()中 c1.func(c2);
为什么会有这种情况呢,按理说应该无法直接访问c2的私有数据的。
解释:用一句话解释,同一class所衍生出来的对象互为友元(friend)。
十、返回值什么时候返回引用(video4)
inline Complex& complex_add(Complex& c1, const Complex& c2) { //c1的re值发生了改变,c2的re值未改变 c1.real(c2.real()); //c1是已经存在的空间,所以可以返回引用 return c1; } inline Complex complex_add2(const Complex& c1, const Complex& c2) { //重新生成一个Complex对象 Complex c_res = Complex(0, 0); c_res.real(c1.real() + c2.real()); c_res.imag(c1.imag()); //由于c_res是一个local变量,函数结束,它的生命周期就结束了,所以不能使用引用返回,而必须返回值 return c_res; }
使用:
Complex c1(2.1, 3.9); Complex c2(4.5, 4.3); //使用引用接收 Complex& rp = complex_add(c1, c2); //使用值接收 Complex c = complex_add2(c1, c2); cout << rp.real() << endl; cout << c.real() << endl;
结论:当返回的东西是已经存在的,即已经在外部分配了地址空间,则直接返回引用,效率会更高。如果返回的东西是新建的局部变量,那么必须以值的形式返回,否则函数结束后,该变量会被回收。
十一、操作符重载(成员函数)(video5)
当我们定义的类之间需要进行某些运算,但普通的操作符并不支持,那么我们可以自定义这些操作符。例如复数相加,我们可以自己定义“+=”的操作。
class Complex { public: Complex(double r, double i) :re(r), im(i) {} double real() const { return re; } void real(double r) { re = r; } double imag() const { return im; } void imag(double i) { im = i; } //重载+=操作符,实现复数相加 Complex& operator += (const Complex& c) { return __doapl(this, c); } private: double re, im; //将+=的实现细节抽取出来单独一个方法实现 inline Complex& __doapl(Complex* ths, const Complex& c) { ths->re += c.re; ths->im += c.im; return *ths; } };
对于成员函数 Complex& operator += (const Complex& c);实际上有有两个参数(this, const Complex& c),this是一个指针,指向调用该函数的对象。
所以对于__doapl函数来说,就有两个参数,是将c2加到ths上去,并返回ths。
使用:
Complex c1(2.1, 3.9); Complex c2(4.5, 4.3); c1 += c2; cout << c1.real() << endl;
__doapl中得ths就是c1。
引申思考:当我们仅执行 c1+=c2 时,我们的 Complex& operator += (const Complex& c);函数的返回值是可以用void代替的,已经完成了加法,无需返回Complex&。
但是当我们 c3+=c1+=c2 这样连续使用呢?当c1+=c2完成操作后,并未返回Complex&,则c3就无法进行+=操作了。
十二、操作符重载(非成员函数)(video5)
//两个复数相加,实部加实部,虚部加虚部 inline Complex operator + (const Complex& c1,const Complex& c2) { return Complex(c1.real() + c2.real(), c1.imag() + c2.imag()); } //复数加一个double数,将double数加到实部 inline Complex operator + (const Complex& c1, const double c2) { return Complex(c1.real() + c2, c1.imag()); } //一个double数加复数,将double数加到实部 inline Complex operator + (const double c1, const Complex& c2) { return Complex(c2.real() + c1, c2.imag()); }
使用:
Complex c1(2.1, 3.9); Complex c2 = c1 + 5.2; Complex c3 = 6.2 + c1; cout << c2.real() << endl; //输出7.3 cout << c3.real() << endl; //输出8.3
十三、将+、-号重载为复数的正负号(video5)
//+作为正号 inline Complex operator + (Complex& x) { return x; } //-作为负号 inline Complex operator - (Complex& x) { return Complex(-x.real(), -x.imag()); }
使用:
Complex c1(2.1, 3.9); cout << (-c1).real() << endl; cout << (+c1).real() << endl;
十四、重载<<操作符输出复数到屏幕(video5)
//重载<<,让cout可以直接输出复数 inline ostream& operator << (ostream& os,const Complex& x) { return os << '(' << x.real() << ',' << x.imag() << ')'; }
当然,该重载函数也可以作为成员函数写到Complex类的定义中去。
使用:
Complex c1(2.1, 3.9); cout << c1 << endl;
1-6 video总结:
1.习惯使用初始化列表,构造函数中,Complex(double r = 0, double i = 0) : re(r), im(i) {}
2.成员函数是否指明const,取决于该方法是否修改数据,若不修改数据,则尽可能指明const。因为可能会影响后续调用(特别是合作开发,其他人使用该接口)。当对象定义为const,则该对象无法调用非const成员方法。
3.参数传递和结果返回,在允许的情况下,尽量使用传递和返回引用。效率更高。
4.数据都放到private下,对外提供的函数接口放在public,内部自己用的方法放到private。public和private不是强制写成两段的,可以分成多段。
5.同一个类衍生出的对象之间都互为友元,可以直接调用对方的私有变量。
6.操作符重载都是作用在左边的变量上的(即调用该操作符函数的对象),注意连续调用的情况(返回不要为void),操作符重载可以是成员方法,也可以是全局方法。
7.成员方法在类定义中实现,就可能成为inline方法(视编译器的决定)。如果是全局函数,则需要在函数最前面加inline关键字,让编译器尽量的将其变为inline函数。