面向对象程序设计08-1.嵌套类与类型转换

1、面向对象程序设计嵌套类与类型转换在一个类的内部定义另一个类，称之为嵌套类(nested class)，或嵌套类型(nested type)。之所以引入这样一个嵌套类，往往是因为外围类需要使用嵌套类对象作为底层实现，并且该嵌套类只用于外围类的实现。通过嵌套类机制，可以对用户隐藏该嵌套类的实现，减少全局的标识符，限制用户使用该类建立对象。嵌套类3嵌套类是其外围类的一个成员，像其他任何成员一样，外围类决定对这个类型的访问，在外围类的public部分定义的嵌套类是可在任何地方使用的类型，在protected部分的嵌套类是只能由外围类、友元或派生类访问的类型，在private部分的嵌套类是只能由外围类、

2、友元访问的类型。嵌套类的名字在其外围类的作用域中是可见的，但是在其他类域或名字空间中是不可见的，这意味着嵌套类的名字不会与另一作用域中声明的相同名字冲突。虽然嵌套类在外围类内部定义，但它是一个独立的类，基本上与外围类不相关。它的成员不属于外围类，外围类的成员也不属于该嵌套类。嵌套类的出现只是告诉外围类有一个这样的类型成员供外围类使用。外围类对嵌套类成员的访问没有任何特权，嵌套类对外围类成员的访问也同样如此，它们都遵循普通类的访问权限控制规则。嵌套类可以直接引用外围类的静态成员、类型名和枚举成员，即使这些是private的。5class Apublic: static int a; class

3、A1 void output() coutaendl; /instead of A:a; ; ;6嵌套类一般定义在外围类的类体内。嵌套类的成员函数可以其类体内定义，也可以在其类体外定义，但必须在外围类的同一作用域中，且要用外围类进行限定。嵌套类也可在外围类外或另一个头文件中定义，并在外围类中前向声明这个嵌套类即可。当然，在外围类外面定义这个嵌套类时，应该使用外围类进行限定。如果在另一个头文件中定义，使用时，只需要在外围类的实现文件中包含这个头文件即可。嵌套类成员的定义7/nestclass.h#ifndef NESTCLASS_H_#define NESTCLASS_H_ class Apub

4、lic: A(); A(); void operate();private: class B; B* m_b;#endif/nestclass.cpp#include nestclass.hclass A:Bpublic: B() B() void operate() coutB operate!endl;A:A() A:A() void A:operate() m_b = new B; coutA operate!operate();8比较好的设计是把嵌套类定义为外围类的私有成员，避免该嵌套类可以在整个程序中(在外围类的友元和成员定义之外)用作类型。有了这个方法，我们把嵌套类的所有成员都声明

5、为公有的也不再有任何坏处，因为只有外围类的友元和成员 可以访问嵌套类的成员。我们也不需要在嵌套类中对外围类进行友元声明了。9/示例嵌套类定义class List public:/ .private:class ListItem / 它的成员都是公有的public:ListItem( int val = 0 );ListItem *next;int value;ListItem *list;ListItem *at_end;10/ 用外围类名限定修饰嵌套类名List:ListItem:ListItem( int val ) value = val;next = 0;当我们没有在嵌套类体内以inl

6、ine 形式定义嵌套类的成员函数时，我们就必须在最外围的类之外定义这些成员函数，并用外围类名限定修饰嵌套类名。11在嵌套类的定义被看到之前，我们只能声明嵌套类的指针和引用。class List public:/ .private:/ 这个声明是必需的class ListItem;ListItem *list;ListItem at_end; /错误: 未定义嵌套类ListItem;注意12嵌套类不能直接访问其外围类的非静态成员，即使这些成员是公有的，任何对外围类的非静态成员的访问都要求通过外围类的指针，引用或对象来完成。例如：注意13class List public:int init( in

7、t );private:class ListItem public:ListItem( int val = 0 );void mf( const List & );int value;int memb;List:ListItem:ListItem( int val )/ List:init() 是类 List 的非静态成员value = init( val ); / 错误: 非法使用 init/ 必须通过 List 类型的对象或指针来使用14使用类的非静态成员时，编译器必须能够识别出非静态成员属于哪个对象。在ListItem的构造函数中的this指针的类型是ListItem* ，而要访问成员i

8、nit()所需的是List类型的对象或List*类型的指针。成员函数mf()通过引用参数引用init()，从这里我们能够知道成员init()是针对函数实参指定的对象而被调用的。void List:ListItem:mf( const List &il ) memb = il.init(); / ok: 通过引用调用init()15嵌套类可以直接访问外围类的静态成员，类型名，枚举值。类型名是一个typedef名字，枚举类型名，或是一个类名。例如：在ListItem的域之外，以及在外围类List域之外引用外围类的静态成员、类型名和枚举名都要求域解析操作符。注意16class List public

9、:typedef int (*pFunc)();enum ListStatus Good, Empty, Corrupted ;/ .private:class ListItem public:void check_status();ListStatus status; / okpFunc action; / ok/ .;/ .;17pFunc，ListStatus和ListItem都是外围类List 的作用域内部的嵌套类型名，这三个名字以及ListStatus的枚举值都可以被用在ListItem的域中，这些成员可以不加限定修饰地被引用。void List:ListItem:check_sta

10、tus()ListStatus s = status;switch ( s ) case Empty: .case Corrupted: .case Good: .18被用在嵌套类的定义中的名字（除了inline成员函数定义中的名字和缺省实参的名字之外）其解析过程如下：1.考虑出现在名字使用点之前的嵌套类的成员声明。2.如果第1步没有成功则考虑出现在名字使用点之前的外围类的成员声明。3.如果第2步没有成功则考虑出现在嵌套类定义之前的名字空间域中的声明。嵌套类域中的名字解析19enum ListStatus Good, Empty, Corrupted ;class List public:/

11、.private:class ListItem public:/ 查找:/ 1) 在 List:ListItem 中/ 2) 在 List 中/ 3) 在全局域中ListStatus status; / 引用全局枚举/ .;/ .;20编译器首先在类ListItem的域中查找ListStatus 的声明，因为没有找到成员声明，所以编译器接着在类List的域中查找ListStatus的声明，因为在List类中也没有找到声明，于是编译器在全局域中查找ListStatus的声明。在这三个域中只有位于ListStatus使用点之前的声明才会被编译器考虑，编译器找到了全局枚举ListStatus的声明，

12、它是被用在status声明中的类型。如果在全局域中，在外围域List之外定义嵌套类ListItem，则List类的所有成员都已经被声明完毕，因而编译器将考虑其所有声明，例如：21class List private:class ListItem;/ .public:enum ListStatus Good, Empty, Corrupted ;/ .;class List:ListItem public:/ 查找:/ 1) 在 List:ListItem 中/ 2) 在 List 中/ 3) 在全局域中ListStatus status; / List:ListStatus/ .;22List

13、Item的名字解析过程：首先在类ListItem的域中开始查找，因为没有找到成员声明，所以编译器在类List的域内查找ListStatus的声明，因为类List的完整定义都已经能够看得到，所以这一步查找考虑List的所有成员，于是找到List中嵌套的enum ListStatus，尽管它是在ListItem之后被声明的，status是List的ListStatus类型的一个枚举对象。如果List没有名为ListStatus的成员，则名字查找过程会在全局域中在嵌套类ListItem定义之前查找声明。23被用在嵌套类的成员函数定义中的名字，其解析过程如下：1.首先考虑在成员函数局部域中的声明。2.

14、如果第1步没有成功，则考虑所有嵌套类成员的声明。3.如果第2步没有成功，则考虑所有外围类成员的声明。4.如果第3步没有成功，则考虑在成员函数定义之前的名字空间域中出现的声明。嵌套类域中的名字解析24class List public:enum ListStatus Good, Empty, Corrupted ;/ .private:class ListItem public:void check_status();ListStatus status; / ok/ .;ListItem *list;/ .;int list = 0;void List:ListItem:check_status

15、()int value = list; / 哪个 list?25很有可能程序员想让check_status()中的List引用全局对象：value和全局对象list的类型都是int，List:list 成员是指针类型，在没有显式转换的情况它不能被赋给value不允许ListItem访问其外围类的私有数据成员listlist是一个非静态数据成员，在ListItem的成员函数中必须通过对象指针或引用来访问它尽管有这些原因，在成员check_status()中用到的名字list仍被解析为类List的数据成员list，外围类List的成员list隐藏了全局域中的对象，于是产生一个错误消息，因为在che

16、ck_status()中使用指针list是无效的。26只有在名字解析成功之后，编译器才会检查访问许可和类型兼容性。如果名字的用法本身就是错误的，则名字解析过程将不会再去查找更适合于该名字用法的声明，而是产生一个错误消息。 为访问全局对象list，需使用全局域操作符：void List:ListItem: check_status() value = :list; / ok如果成员函数check_status()被定义成位于ListItem类体中的内联函数，则上面修改会使编译器产生一个错误消息，报告全局域中的list没有被声明，因为编译器只考虑在check_status()定义之前可见的全局声明

17、。27类型转换就是将一种类型的值映射为另一种类型的值。主要包含隐式类型转换(implicit typeconversion)和显式类型转换(explicit type conversion)两种。隐式-自动显式-强制类型转换28C+定义了一组内置类型对象之间的标准转换，在必要时它们被编译器隐式地应用到对象上，隐式类型转换发生在下列这些典型的情况下：1.在混合类型的算术表达式中。在这种情况下，最宽的数据类型成为目标转换类型。这也被称为算术转换(arithmetic conversion)。例如：3.14159+32.用一种类型的表达式赋值给另一种类型的对象。在这种情况下，目标转换类型是被赋值对象

18、的类型。例如：int *pi = 0; int ival = 3.14159;隐式类型转换293.把一个表达式传递给一个函数调用，表达式的类型与形式参数的类型不相同。在这种情况下，目标转换类型是形式参数的类型。例如：int a=2; sqrt(2) 2-2.04.从一个函数返回一个表达式，表达式的类型与返回类型不相同。在这种情况下，目标转换类型是函数的返回类型。例如：double difference( int ival1, int ival2 )/ 返回值被提升为double 类型return ival1 - ival2;隐式类型转换30显式类型转换也被称为强制类型转换(cast)，包括下列

19、强制类型转换操作符：static_cast，dynamic_cast，const_cast，reinterpret_cast，()等。显式类型转换31显式类型转换发生在下列这些典型的情况下：1.把void*型的指针赋值给任意显式类型时，C+要求显式强制转换。例如：int *pi = 0;void * pv = pi;char * pc = static_cast( pv );2.希望改变通常的标准转换。例如：double dval; int ival; ival += dval;ival += static_cast( dval );3.避免出现多种转换可能的歧义情况。显式类型转换32dyna

20、mic_cast一般被用来执行从基类指针到派生类指针的安全转换，常常被称为安全的向下转换。是在运行时刻执行的。失败返回0。manager *pm = dynamic_cast( pe );const_cast将转换掉表达式的常量性，例如：extern char *string_copy( char* );const char *pc_str;char *pc = string_copy( const_cast( pc_str );reinterpre_cast通常对于操作数的位模式执行一个比较低层次的重新解释，例如：complex * ;char *pc = reinterpret_cast(

21、 );显式类型转换33旧式强制类型转换char *pc = (char*) ;/C风格int ival = (int) 3.14159;/C风格int addr_value = int( &ival );/C+风格显式类型转换34C+提供了一种机制，通过它，每个类都可以定义一组可被应用在该类型对象上的转换。转换函数(conversion function)是一种特殊类型的类成员函数，它定义了一个由用户定义的转换，以便把一个类对象转换成某种其他的类型。在类体中通过指定关键字operator，并在其后加上转换的目标类型后我们就可以声明转换函数。转换函数又称类型强制转换成员函数，它是类中的一个非静态

22、成员函数。它的定义格式如下：转换函数35class public:operator ();这个转换函数定义了由到之间的映射关系。 可以是内置类型、类类型或typedef。下面通过一个例子说明转换函数的功能。转换函数36class Rationalpublic:Rational(int d, int n)den = d;num = n;operator double(); /类型转换函数private:int den, num;Rational:operator double()return double(den)/double(num);int main()Rational r(5, 8);d

23、ouble d = 4.7;d+=r;coutdendl;return 0;37程序输出结果：5.325由程序可知，d是一个double型数值，r是Rational类的对象，这两个不同类型的数据进行加法之所以能够进行是得益于转换函数 operator double()。为使上述加法能够进行，编译系统先检查类Rational的说明，看是否存在在下转换函数能够将Rational类型的操作数转换为 double类型的操作数。由于Rational类中说明了转换函数operator double()，它可以在程序运行时进行上述类型转换，因此，该程序中实现了d+=r;的操作。38定义转换函数时应注意如下几

24、点：1.转换函数是用户定义的成员函数，但它要是非静态的。2.转换函数的名称是类型转换的目标类型，因此，不必再为它指定返回值类型。3.转换函数是被用于本类型的数值或变量转换为其他的类型，也不必带参数。4.转换函数函数还不能定义为友元函数。5.不能定义到void的转换，也不允许转换成数组或者函数类型。6.转换常定义为const形式，原因是它并不改变数据成员的值。注意39转换操作符过于强大，它可以定义到一种内置类型的转换，然而这种内置类型本身是可能继续转换成其他的内置类型的，如operator int() const定义了到int型的转换，然后int型可以转换到float、double、long等类

25、型，这样极不容易确定编译器为我们做了什么，在出现问题后，也极不容易定位错误。当类类型定义了一个到基本类型A的转换后，可能在实际中转换到另一基本类型B，如果再定义一个到基本类型C的转换，而C也可以转换到B。这时就会在产生二义性，如A为int，B为long double，C为double，在产生自定义类型的对象时，需要转换，就会使得编译器并不知道如何处理，到底是调用哪个转换。可能带来的问题40使用自定义转换时，定义转换多，会像上述那样引发二义性。避免的方法是，最好在定义到内置类型的转换时，只定义一个，因为内置类型之间的转换太灵活了。另外，构造函数和转换函数之间也可能存在二义性。后面会讲到。可能带来的问题41在一个类的构造函数中，凡是只带一个参数的构造函数，都定义了一组隐式转换，把构造函数的参数类型转换为该类的类型。如果需要，编译器会在调用构造函数执行用户定义的转换之前，在实参上应用标准转换序列。下面通过一个例子进一步说明单参数构造函数的类型转换功能。构造函数作为转换函数42class A public:A() m=0; A