类的成员函数

0. 类的成员函数

函数原型定义了所有和函数相关的类型信息：
　　函数返回类型是什么、函数的名字、应该给这个函数传递什么类型的实参。

类的成员函数，其原型必须在类中定义。 但是，函数体则既可以在类中也可以在类外定义。

以下是一个 Sales_item 类的定义。

class Sales_item {
    // operations on Sales_item objects
    public:
        double avg_price() const;
        bool same_isbn(const Sales_item &rhs) const
        { return isbn == rhs.isbn; }

    // private members
    private:
        std::string isbn;
        unsigned units_sold;
        double revenue;
};

 

1. 定义成员函数的函数体

类的所有成员都必须在类定义的花括号里面声明，此后，就不能再为类增加任何成员。

类的成员函数必须如声明的一般定义。类的成员函数既可以在类的定义内也可以在类的定义外定义。

编译器隐式地将在类内定义的成员函数当作内联函数。

再详细观察函数 same_isbn 的定义：

bool same_isbn(const Sales_item &rhs) const {
    return isbn == rhs.isbn;    
}

在这个函数中，块中只有一个语句，比较两个 Sales_item 对象的数据成员 isbn 的值，并返回比较结果。

 

首先要注意的是：尽管类的成员变量 isbn 是 private 的。上述语句却没有任何错误！But, Why？

( 因为，类的成员函数可以访问该类的 private 成员变量的。)

更有意思的是，函数从哪个 Sales_item 类对象得到这个用于比较的值呢？

函数涉及到 isbn 和 rhs.isbn。很明显，rhs.isbn 使用的是传递给此函数的实参的 isbn 成员。

而这个没有前缀的 isbn 指的是用于调用函数的对象的 isbn 成员。

 

2. 成员函数含有额外的、隐含的形参

调用成员函数时，实际上是使用对象来调用的。例如通过名为 total 的对象来执行 same_isbn 函数：

if (total.same_isbn(trans))

在这个调用中，传递了对象 trans。作为执行调用的一部分，使用对象 trans 初始化形参 rhs。于是，rhs.isbn 是 trans.isbn 的引用。

而没有前缀的 isbn 使用了相同的实参绑定过程，使之与名为 total 的对象绑定起来。

每个成员函数都有一个额外的、隐含的形参将该成员函数与调用该函数的类对象捆绑在一起。

当调用名为 total 的对象的 same_isbn 时，这个对象也传递给了函数。

而 same_isbn 函数使用 isbn 时，就隐式地使用了调用该函数的对象的 isbn 成员。

这个函数调用的效果是比较 total.isbn 和 trans.isbn 两个值。

 

3. this 指针的引用

每个成员函数（除了 static 成员函数外）都有一个额外的、隐含的形参 this。

在调用成员函数时，形参 this 初始化为调用函数的对象的地址。

为了理解成员函数的调用，可考虑下面的语句：

total.same_isbn(trans);

就如编译器这样重写这个函数调用：

// pseudo-code illustration of how a call to a member function is translated
Sales_item::same_isbn(&total, trans);

 

在这个调用中，函数 same_isbn 中的数据成员 isbn 属于对象 total。

 

4. const 成员函数的引用

现在，可以理解跟在 Sales_item 成员函数声明的形参表后面的 const 所起的作用了：
　　const 改变了隐含的 this 形参的类型。
　　在调用 total.same_isbn(trans) 时，隐含的 this 形参将是一个指向 total 对象的 const Sales_Item* 类型的指针。
　　就像如下编写 same_isbn 的函数体一样：

// pseudo-code illustration of how the implicit this pointer is used
// This code is illegal: We may not explicitly define the this pointer ourselves
// Note that this is a pointer to const because same_isbn is a const member
bool Sales_item::same_isbn(const Sales_item *const this, const Sales_item &rhs) const {
    return (this->isbn == rhs.isbn);
}

用这种方式使用 const 的函数称为 常量成员函数。

由于 this 是指向 const 对象的指针，const 成员函数不能修改调用该函数的对象。

因此，函数 avg_price 和函数 same_isbn 只能读取而不能修改调用它们的对象的数据成员。

（注意：const 对象、指向 const 对象的指针或引用只能用于调用其 const 成员函数，不能用它们来调用非 const 成员函数。）

 

5. this 指针的使用

在成员函数中，不必显式地使用 this 指针来访问被调用函数所属对象的成员。

对这个类的成员的任何没有前缀的引用，都被假定为通过指针 this 实现的引用：

bool same_isbn(const Sales_item &rhs) const {
　　return isbn == rhs.isbn;
}

在这个函数中 isbn 的用法与 this->units_sold 或 this->revenue 的用法一样。

由于 this 指针是隐式定义的，因此不需要在函数的形参表中包含 this 指针，实际上，这样做也是非法的。

但是，在函数体中可以显式地使用 this 指针。如下定义函数 same_isbn 尽管没有必要，但是却是合法的：

bool same_isbn(const Sales_item &rhs) const { 
    return this->isbn == rhs.isbn; 
}

 

6. 在类外定义成员函数

在类的定义外面定义成员函数必须指明它们是类的成员：

double Sales_item::avg_price() const
{
    if (units_sold)
        return revenue/units_sold;
    else
        return 0;
}

该函数返回类型为 double，在函数名后面的圆括号起了一个空的形参表。

函数名：Sales_item::avg_price使用作用域操作符指明函数 avg_price 是在类 Sales_item 的作用域范围内定义的。

形参表后面的 const 则反映了在类 Sales_item 中声明成员函数的形式。

在任何函数定义中，返回类型和形参表必须和函数声明（如果有的话）一致。类的成员函数也不例外。

如果函数被声明为 const 成员函数，那么函数定义时形参表后面也必须有 const。

现在可以完全理解第一行代码了：
　　这行代码说明现在正在定义类 Sales_item 的函数 avg_price，
　　而且这是一个 const 成员函数，这个函数没有（显式的）形参，返回 double 类型的值。

函数体更加容易理解：
　　检查 units_sold 是否为 0，如果不为 0，返回 revenue 除以 units_sold 的结果；
　　如果 units_sold 是 0，不能安全地进行除法运算——除以 0 是未定义的行为。
　　此时程序返回 0，表示没有任何销售时平均售价为 0。根据异常错误处理策略，也可以抛出异常来代替刚才的处理。

 

7. 类的构造函数

可以在定义类时不显示的初始化它的数据成员，而是通过构造函数来初始化其数据成员。

构造函数是特殊的成员函数，与其他成员函数不同，构造函数和类同名，而且没有返回类型。

而与其他成员函数相同的是，构造函数也有形参表（可能为空）和函数体。

一个类可以有多个构造函数，每个构造函数必须有与其他构造函数不同数目或类型的形参。

构造函数的形参指定了创建类类型对象时使用的初始化式。

通常，这些初始化式会用于初始化新创建对象的数据成员。构造函数通常应确保其每个数据成员都完成了初始化。

Sales_item 类只需要显式定义一个构造函数：没有形参的默认构造函数。

默认构造函数说明当定义对象却没有为它提供（显式的）初始化式时应该怎么办：

     vector<int> vi;       // default constructor: empty vector
     string s;             // default constructor: empty string
     Sales_item item;      // default constructor: ???

我们知道 string 和 vector 类默认构造函数的行为：这些构造函数会将对象初始化为合理的默认状态。

string 的默认构造函数会产生空字符串上，相当于 ""。vector 的默认构造函数则生成一个没有元素的 vector 向量对象。

同样地，我们希望类 Sales_items 的默认构造函数为它生成一个空的 Sales_item 对象。

这里的“空”意味着对象中的 isbn 是空字符串，units_sold 和 revenue 则初始化为 0。

 

8. 构造函数的定义

和其他成员函数一样，构造函数也必须在类中声明，但是可以在类中或类外定义。

class Sales_item {
    // operations on Sales_item objects
    public:
        double avg_price() const;
        bool same_isbn(const Sales_item &rhs) const{ 
            return isbn == rhs.isbn; 
        }
        // default constructor needed to initialize members of built-in type
        Sales_item(): units_sold(0), revenue(0.0) { }

        // private members as before
    private:
        std::string isbn;
        unsigned units_sold;
        double revenue;
}; 

在解释任何构造函数的定义之前，注意到构造函数是放在类的 public 部分的。

通常构造函数会作为类的接口的一部分，这个例子也是这样。

毕竟，我们希望使用类 Sales_item 的代码可以定义和初始化类 Sales_item 的对象。

如果将构造函数定义为 private 的，则不能定义类 Sales_item 的对象，这样的话，这个类就没有什么用了。

对于定义本身：

     // default constructor needed to initialize members of built-in type
     Sales_item(): units_sold(0), revenue(0.0) { }

在冒号和花括号之间的代码称为构造函数的初始化列表。

构造函数的初始化列表为类的一个或多个数据成员指定初值。它跟在构造函数的形参表之后，以冒号开关。

构造函数的初始化式是一系列成员名，每个成员后面是括在圆括号中的初始值。多个成员的初始化用逗号分隔。

 

上述例题的初始化列表表明 units_sold 和 revenue 成员都应初始化为 0。

每当创建 Sales_item 对象时，它的这两个成员都以初值 0 出现。而 isbn 成员可以不必准确指明其初值。

除非在初始化列表中有其他表述，否则具有类类型的成员皆被其默认构造函数自动初始化。

于是，isbn 由 string 类的默认构造函数初始化为空串。当然，如果有必要的话，也可以在初始化列表中指明 isbn 的默认初值。

解释了初始化列表后，就可以深入地了解这个构造函数了：

　　它的形参表和函数体都为空。形参表为空是因为正在定义的构造函数是默认调用的，无需提供任何初值。

　　函数体为空是因为除了初始化 units_sold 和 revenue 成员外没有其他工作可做了。

　　初始化列表显式地将 units_sold 和 revenue 初始化为 0，并隐式地将 isbn 初始化为空串。

　　当创建新 Sales_item 对象时，数据成员将以这些值出现。

 

注意：如果没有为一个类显式定义任何构造函数，编译器将自动为这个类生成默认构造函数。

由编译器创建的默认构造函数通常称为默认构造函数，它将依据如同变量初始化的规则初始化类中所有成员。

对于具有类类型的成员，如 isbn，则会调用该成员所属类自身的默认构造函数实现初始化。

内置类型成员的初值依赖于对象如何定义。

如果对象在全局作用域中定义（即不在任何函数中）或定义为静态局部对象，则这些成员将被初始化为 0。

如果对象在局部作用域中定义，则这些成员没有初始化。

除了给它们赋值之外，出于其他任何目的对未初始化成员的使用都没有定义。

 

由于合成的默认构造函数不会自动初始化内置类型的成员，所以此处必须明确定义 Sales_item 类的默认构造函数。