第17章C＋＋类：第2部分

第17章C++类：第二部分

目标

•可以动态创建和破坏对象。

,可以指定const(常量)对象和const成员函数。

•理解friend函数和友类的目的。

•理解如何使用static数据成员和成员函数。

•理解容器类的概念。

•理解可以遍历容器类的元素的迭代器类的概念。

•理解this指针的使用。

17.1简介

在本章中，我们继续研究类和数据抽象。我们在第18章中将讨论更多的高级内容，并建

立类和运算符重载讨论的基础。第16章~第18章的讨论鼓励程序员使用对象，我们称之为基

于对象的编程方法(OBP,object-basedprogramming)0然后，第19章和第20章介绍了继承

和多态性，这是真正面向对象的编程技术(OOP,object-orientedprogramming)..在本章和后

面的章节中，我们使用在第8章中介绍的C样式的字符串，这将帮助您掌握C指针的复杂内

容，准备进入专业世界，在这里，您将看见过去20年中所遗留的大量C代码。

17.2const(常量)对象和const成员函数

我们已经强调了，最低特权原则是好的软件工程所用的最基本原则之一。下面研究这个原

则如何应用于对象。

一些对象需要修改，而另外一些不需要。程序员可以使用关键字const来指定对象不能修

改，而尝试修改该对象将导致语法错误。例如：

constTimenoon(12,0,0);

声明了类Time的const对象noon,并将其初始化为12。

软件工程经验17.1__________________________________________________________

将对象声明为const有助于实施最低特权原则。这样，在编译时可以捕获修改对

象的尝试，而不是导致执行期间错误。

软件工程经验17.2__________________________________________________________

使用const对于正确的类设计、程序设计和编码是非常重要的。

性能提示17.1______________________________________________________________

声明变量和对象是const并不仅仅是有效的软件工程方法，因为现在的高级优化

编译程序可以对常量执行某些优化，而不能对变量进行优化，因此它也可以改善

性能。

C++编译程序不允许任何成员函数调用const对象，除非成员函数本身也声明为const。这

甚至对于不修改对象的get成员函数也是一样的。声明为const的成员函数不会修改对象，编

译程序不允许这样。

在函数原型中，通过在函数的参数列表后面插入关键字const,或者在函数定义中，在函

数体开始的左大括号之前加入关键字const,就可以在原型和定义中指定函数是const。例如，

下面的类A的成员函数：

intA::getValue（）const{returnprivateDataMember;}

仅仅返回对象的一个数据成员的值，而且正确声明为const。

常见的编程错误17.1________________________________________________________

将修改对象数据成员的成员函数定义为const将导致语法错误。

常见的编程错误17.2________________________________________________________

在类的相同实例上，如果将调用类的非const成员函数的成员函数定义为const,

将导致语法错误。

常见的编程错误17.3________________________________________________________

在const对象上调用非const成员函数将导致语法错误。

软件工程经验17.3__________________________________________________________

const成员函数可以用非const版本来重载。选择使用哪一个重载成员函数是由编

译程序根据对象是否是const来决定的。

这里提出了有关构造函数和析构函数的有趣问题，它们每一个都需要经常修改对象。并且

不允许对const对象的构造函数和析构函数使用const声明。必须允许构造函数修改对象，这

样可以正确地初始化对象。析构函数必须可以在破坏对象之前终止清理杂务。

常见的编程错误17.4________________________________________________________

产尝试声明构造函数或者析构函数为const将导致语法错误。

图17.1实例化了两个Time对象：一个是非const对象，另一个是const对象。该程序尝

试用非const成员函数setHour（第102行）和printstandard（在第108行）来修改const对象

noon。程序也说明了在对象上调用成员函数的3个其他组合：在非const对象上调用非const

成员函数（第100行），在非const对象上调用const成员函数（第104行），以及在const对象

上调用const成员函数（第106行和107行）。两个流行的编译程序为非const成员函数在const

544第2部分C++编程

对象上调用而产生的消息显示在输出窗口中。

1//Fig.17.1:time5.h

2//DeclarationoftheclassTime.

3//Memberfunctionsdefinedintime5.cpp

4#ifndefTIME5_H

5#defineTIME5_H

6

7classTime{

8public:

9Time(int=0,int=0,int=0);//defaultconstructor

10

11//setfunctions

12voidsetTime(int,int,int);//settime

13voidsetHour(int);//sethour

14voidsetMinute(int);//setminute

15voidsetSecond(int);//setsecond

16

17//getfunctions(normallydeclaredconst)

18intgetHour()const;//returnhour

19intgetMinute()const;//returnminute

20intgetSecond()const;//returnsecond

21

22//printfunctions(normallydeclaredconst)

23voidprintMilitary()const;//printmilitarytime

24voidprintstandard();//printstandardtime

25private:

26inthour;//0-23

27intminute;//0-59

28intsecond;//0-59

29);

30

31#endif

图17.1通过const对象和const成员函数来使用Time类：time5.h

32//Fig.17.1:time5.cpp

33//MemberfunctiondefinitionsforTimeclass.

34#include<iostream>

35

36usingstd::cout;

37

38#include"time5.hn

39

40//Constructorfunctiontoinitializeprivatedata.

41//Defaultvaluesare0(seeclassdefinition).

42Time::Time(inthr,intmin,intsec)

43{setTime(hr.min.sec)；)

44

45//Setthevaluesofhour,minute,andsecond.

46voidTime::setTime(inth,intm,ints)

47(

48setHour(h);

49setMinute(m);

50setSecond(s);

51}

52

53//Setthehourvalue

54voidTime::setHour(inth)

55{hour=(h>=0&&h<24)?h:0;}

56

57//Settheminutevalue

58voidTime::setMinute(intm)

59{minute=(m>=0&&m<60)?m:0;}

60

61//Setthesecondvalue

62voidTime::setSecond(ints)

63{second=(s>=0&&s<60)?s:0;}

64

65//Getthehourvalue

66intTime::getHour()const{returnhour;}

67

68//Gettheminutevalue

69intTime::getMinute()const{returnminute;}

70

71//Getthesecondvalue

72intTime::getSecond()const{returnsecond;}

73

74//Displaymilitaryformattime:HH:MM

75voidTime::printMilitary()const

76(

77cout<<(hour<10?*'0'*:,***)<<hour<<

78<<(minute<10?*'0'*:"")<<minute;

79)

80

81//Displaystandardformattime:HH:MM:SSAM(orPM)

82voidTime::printstandard()//shouldbeconst

83

84cout<<((hour==12)?12:hour%12)<<n:n

85<<(minute<10?"O',nn)<<minute<<“："

86<<(second<10?n0n““)<<second

87<<(hour<12?nAM"HPM”)

88

图17.1通过const对象和const成员函数来使用Time类：lime5.cpp

89//Fig.17.1:figl7_01.cpp

546第2部分C++编程

90//Attemptingtoaccessaconstobjectwith

91//non-constmemberfunctions.

92#include"time5.hn

93

94intmain()

95(

96TimewakeUp(6,45,0);//non-constantobject

97constTimenoon(12,0,0);//constantobject

98

99//MEMBERFUNCTIONOBJECT

100wakeUp.setHour(18);//non-constnon-const

101

102noon.setHour(12);//non-constconst

103

104wakeUp.getHour();//constnon-const

105

106noon.getMinute();//constconst

107noon.printMilitary();//constconst

108noon.printstandard();//non-constconst

109return0;

110}

BorlandC++命令行编译程序警告消息

Figl7_01.cpp:

WarningW8037Figl7_01.cpp14:Non-constfunctionTime::setHour(int)

calledforconstobjectinfunctionmain()

WarningW8037Figl7_01.cpp20:Non-constfunctionTime::printStandard()

calledforconstobjectinfunctionmain()

TurboIncrementalLink5.00Copyright(c)1997,2000Borland

MicrosoftVisualC++编译程序错误消息

Compiling...

Figl7_01.cpp:

d:figl7_01.cpp(14):errorC2662:*setHour*:cannotconvert*this*

pointerfrom*constclassTime*to'classTime&*

Conversionlosesqualifiers

d:\figl7_01.cpp(20):errorC2662:1printStandard*:cannotconvert

fthis*pointerfrom1constclassTime1to*classTime&'

Conversionlosesqualifiers

Time5.cpp

Errorexecutingcl.exe

Test.exe-2error(s),0warning(s)

图17.1通过const对象和const成员函数来使用Time类：figl7_01.cpp

।"良好的编程习惯17.1________________________________________________________

|^|将所有不需要修改当前对象的成员函数声明为const,这样，如果需要，可以在

const对象上使用它们。

注意，即使构造函数必须是非const成员函数，它仍然为const对象调用。第42行和43

行的Time构造函数的定义：

Time::Time(inthr,intmin,intsec)

{setTime(hr,min,sec);}

说明Time构造函数调用了非const成员函数setTime以执行Time对象的初始化。对于const

对象，允许从构造函数调用中调用非const成员函数。对象的const特性是在构造函数完成对

象的初始化到调用该对象的析构函数期间强制执行的。

软件工程经验17.4__________________________________________________________

不能通过赋值来修改const对象，所以，该对象必须初始化。当类的数据成员声

明为const时，则使用成员初始值来为构造函数提供类对象的数据成员的初始值。

还要注意，第108行(源文件中的第20行)：

noon.printstandard();//non-constconst

产生了编译程序错误，即使类Time的成员函数printstandard没有修改调用它的对象。没有修

改对象并不足以说明它是const方法。该方法必须也明确声明为const。

图17.2说明使用成员初始值来初始化类Increment的const数据成员increment«Increment

的构造函数将修改如下：

1//Fig.17.2:figl7_02.cpp

2//Usingamemberinitializertoinitializea

3//constantofabuilt-indatatype.

4#include<iostream>

5

6usingstd::cout;

7usingstd::endl;

8

9classIncrement{

10public:

11Increment(intc=0,inti=1);

12voidaddlncrement(){count+=increment;}

13voidprint()const;

14

15private:

16intcount;

17constintincrement;//constdatamember

18};

19

20//ConstructorforclassIncrement

548第2部分C++编程

21Increment::Increment(intc,inti)

22:increment(i)//initializerforconstmember

23{count=c;}

24

25//Printthedata

26voidIncrement::print()const

27(

28cout<<11count="<<count

29<<”，increment=*'<<increment<<endl;

30}

31

32intmain()

33(

34Incrementvalue(10,5);

35

36cout<<"Beforeincrementing:f,;

37value.print();

38

39for(intj=0;j<3;j++){

40value.addincrement();

41cout<<"Afterincrementn<<j+1<<*':";

42value.print();

43)

44

45return0;

46}

Beforeincrementing:count=10,increment=5

Afterincrement1:count=15,increment=5

Afterincrement2:count=20,increment=5

Afterincrement3:count-25,increment=5

图17.2使用成员初始值来初始化内置数据类型的常量

Increment::Increment(intc,inti)

:increment(i)

{count=c;}

符号:increment⑴将increment初始化为值i,如果需要多个初始值，则只需将它们包含在

冒号后面用逗号分开的列表中。可以用成员初始值语法来初始化所有数据成员，但必须用这种

方式来初始化const和引用。本章的后面，我们将看见必须用这种方式初始化成员对象。在第

19章中，当我们研究继承时，将看见派生类的基类部分也必须用这种方式初始化。

测试和调试提示17.1

如果函数不修改对象，则总是声明成员函数为const。这可以帮助避免许多错误。

图17.3说明了两个流行C++编译程序为尝试用赋值语句，而不是用成员初始值来初始化

increment的程序所产生的两个编译程序错误。

1//Fig.17.3:figl7_03.cpp

2//Attemptingtoinitializeaconstantof

3//abuilt-indatatypewithanassignment.

4#include<iostream>

5

6usingstd::cout;

7usingstd::endl;

8

9classIncrement{

10public:

11Increment(intc=0,inti=1);

12voidaddincrement(){count+=increment;}

13voidprint()const;

14private:

15intcount;

16constintincrement;

17}；

18

19//ConstructorforclassIncrement

20Increment::Increment(intc,inti)

21{//Constantmember*increment'isnotinitialized

22count=c;

23increment=i;//ERROR:Cannotmodifyaconstobject

24}

25

26//Printthedata

27voidIncrement::print()const

28(

29cout<<"count=n<<count

30<<”，increment=*'<<increment<<endl;

31}

32

33intmain()

34(

35Incrementvalue(10,5);

36

37cout<<"Beforeincrementing:**;

38value.print();

39

40for(intj=0;j<3;j++){

41value.addlncrement();

42cout<<"Afterincrement"<<j<<"：11;

43value.print();

550第2部分C++编程

44}

45

46return0;

47}

BorlandC++命令行编译程序警告和错误消息

Figl7__03.cpp:

WarningW8038Figl7_03.cpp21:Constantmember'Increment::increment,

isnotinitializedinfunctionIncrement::Increment(int,int)

ErrorE2024Figl7_03.cpp23:Cannotmodifyaconstobjectinfunction

Increment::Increment(int,int)

WarningW8057Figl7_03.cpp24:Parameter'i'isneverusedinfunction

Increment::Increment(int,int)

***1errorsinCompile***

MicrosoftVisualC++编译程序错误消息

Compiling...

Figl7_03,cpp

D:\Figl7_03.cpp(21):errorC2758:'incrementf:mustbeinitializedin

constructorbase/memberinitializerlist

D:\Figl7_03.cpp(16):seedeclarationof*increment'

D:\Figl7_03.cpp(23):errorC2166:1-valuespecifiesconstobject

Errorexecutingcl.exe.

test.exe-2error(s),0warning(s)

图17.3尝试通过赋值语句来初始化内置数据类型常量是错误的

7^3常见的编程错误17.5_________________________________________________________

没有为const数据成员提供成员初始值将导致语法错误。

软件工程经验17.5__________________________________________________________

常量类成员(const对象和const"变量")必须用成员初始值语法来初始化；不

允许赋值。

注意，第27行的print函数声明为const<>因为我们可能永远不会有constincrement对象，

因此将这个函数标记为const是合理的，但却是奇怪的。

软件工程经验17.6__________________________________________________________

将不修改所操作对象的类的所有成员函数声明为const是好的习惯。某些情况下，

因为并不希望创建那个类的const对象，因此这可能是反常的。声明这样的成员

函数为const确实有好处。如果在那个成员函数中无意修改了对象，则编译程序

将发出语法错误消息。

测试和调试提示17.2

类似C++这样的语言，随着语言的发展，其目标也会变化。在语言中很可能添加更

多的关键字。避免使用类似“object”这样的单词作为标识符.即使“object”

当前并不是C++中的关键字，它也可能成为关键字，所以将来用新的编译程序来编

译时，可能现有的代码会不符合要求。

17.3复合：作为类成员的对象

AlarmClock类对象需要知道何时发出警告，所以为什么不包含Time对象作为

AlarmClock对象的一个成员？这样的功能称为复合(composition)。类可以用其他类的对

象作为成员。

软件工程经验17.7____________________________________________________

软件重用性的最常见形式就是复合，其中类用其他类的对象作为成员。

当创建对象时，将自动调用它的构造函数，所以我们需要指定向成员对象构造函数传递多

少个参数。应该按照声明对象的顺序来构造成员对象(不是按照构造函数成员初始值列表中列

出的顺序)，而且在包含它们的类对象(有时候称为宿主对象)被构造之前构造。

图17.4使用类Employee和类Date来说明某个对象作为其他对象的成员。类Employee包

含private数据成员firstName、lastName、birthDate和hireDate。成员birthDate和hireDate是

类date的const对象，它们包含private数据成员month、day和year。该程序实例化Employee

对象，并初始化和显示它的数据成员。注意Employee构造函数定义中的函数头的语法：

Employee::Employee(char*fname,char*lname,

intbmonth,intbday,intbyear,

inthmonth,inthday,inthyear)

:birthDate(bmonth,bday,byear),

hireDate(hmonth,hday,hyear)

1//Fig.17.4:datel.h

2//DeclarationoftheDateclass.

3//Memberfunctionsdefinedindatel.cpp

4#ifndefDATE1_H

5#defineDATE1_H

6

7classDate{

8public:

9Date(int=1,int=1,int=1900);//defaultconstructor

10voidprint()const;//printdateinmonth/day/yearformat

11-Date();//providedtoconfirmdestructionorder

12private:

13intmonth;//1-12

14intday;//1-31basedonmonth

15intyear;//anyyear

552第2部分C++编程

1&

17//utilityfunctiontotestproperdayformonthandyear

18intcheckDay(int);

19)；

20

21#endif

图17.4使用成员对象初始值：datel.h

22//Fig.17.4:datel.cpp

23//MemberfunctiondefinitionsforDateclass.

24#include<iostream>

25

26usingstd::cout;

27usingstd::endl;

28

29#include"datel.h”

30

31//Constructor:Confirmpropervalueformonth;

32//callutilityfunctioncheckDaytoconfirmproper

33//valueforday.

34Date::Date(intmn,intdy,intyr)

35(

36if(mn>0&&mn<=12)//validatethemonth

37month=mn;

38else(

39month=1;

40cout<<"Month”<<mn<<'*invalid.Settomonth1.\n;

41}

42

43year=yr;//shouldvalidateyr

44day=checkDay(dy);//validatetheday

45

46cout<<"Dateobjectconstructorfordate";

47print();//interesting:aprintwithnoarguments

48cout<<endl;

49)

50

51//PrintDateobjectinformmonth/day/year

52voidDate::print()const

53{cout<<month<<*/'<<day<<*/*<<year;}

54

55//Destructor:providedtoconfirmdestructionorder

56Date::~Date()

57(

58cout<<"Dateobjectdestructorfordate

59print();

60cout<<endl;

61

62

63//Utilityfunctiontoconfirmproperdayvalue

64//basedonmonthandyear.

65//Istheyear2000aleapyear?

66intDate::checkDay(inttestDay)

67(

68staticconstintdaysPerMonth[13]=

69{0,31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31);

70

71if(testDay>0&&testDay<=daysPerMonth[month])

72returntestDay;

73

74if(month==2&&//February:Checkforleapyear

75testDay==29&&

76(year%400==0II

77(year%4==0&&year%100!=0)))

78returntestDay;

79

80cout<<"Day"<<testDay<<”invalid.Settoday1.\n";

81

82return1;//leaveobjectinconsistentstateifbadvalue

83

图17.4使用成员对象初始值：datel.cpp

84//Fig.17.4:emply1.h

85//DeclarationoftheEmployeeclass.

86//Memberfunctionsdefinedinemply1.cpp

87#ifndefEMPLY1_H

88#defineEMPLY1_H

89

90#include"datel.hn

91

92classEmployee{

93public:

94Employee(char*,char*,int,int,int,int,int,int);

95voidprint()const;

96-Employee();//providedtoconfirmdestructionorder

97private:

98charfirstName[25];

99charlastName[25];

100constDatebirthDate;

101constDatehireDate;

102}；

103

104#endif

图17.4使用成员对象初始值：emplyl.h

554第2部分C++编程

105//Fig.17.4:emplyl.cpp

106//MemberfunctiondefinitionsforEmployeeclass.

107#include<iostream>

108

109usingstd::cout;

110usingstd::endl;

111

112#include<cstring>

113#include"emplyl.h”

114#include"datel.hu

115

116Employee::Employee(char*fname,char*lname,

117intbmonth,intbdayzintbyear,

118inthmonth,inthday,inthyear)

119:birthDate(bmonth,bday,byear),

120hireDate(hmonth,hdayzhyear)

121(

122//copyfnameintofirstNameandbesurethatitfits

123intlength=strlen(fname);

124length=(length<25?length:24);

125strncpy(firstName,fname,length);

126firstName[length]=1\0*;

127

128//copyInameintolastNameandbesurethatitfits

129length=strlen(Iname);

130length=(length<25?length:24);

131strncpy(lastName,Iname,length);

132lastName[length]=*\0';

133

134cout<<"Employeeobjectconstructor:"

135<<firstName<<'*<<lastName<<endl;

136

137

138voidEmployee::print()const

139(

140cout<<lastName<<"，"<<firstName<<*'\nHired:

141hireDate.print();

142cout<<”Birthdate:n;

143birthDate.print();

144cout<<endl;

145}

146

147//Destructor:providedtoconfirmdestructionorder

148Employee::^Employee()

149(

150cout<<"Employeeobjectdestructor:"

151<<lastName<<"，"<<firstName<<endl;

152}

图17.4使用成员对象初始值：emplyl.cpp

153//Fig.17.4:figl7_04.cpp

154//Demonstratingcomposition:anobjectwithmemberobjects.

155#include<iostream>

156

157usingstd::cout;

158usingstd::endl;

159

160#includenemplyl.h"

161

162intmain()

163(

164Employeee(“Bob”，“Jones”，7,24z1949,3,12,1988);

165

166cout<<'\n*;

167e.print();

168

169cout<<n\nTestDateconstructorwithinvalidvalues:\nH;

170Dated(14,35,1994);//invalidDatevalues

171cout<<endl;

172return0;

173}

Dateobjectconstructorfordate7/24/1949

Dateobjectconstructorfordate3/12/1988

Employeeobjectconstructor:BobJones

Jones,Bob

Hired:3/12/1988Birthdate:7/24/1949

TestDateConstructorwithinvalidvalues:

Month14invalid.Settomonth1.

Day35invalid.Settoday1.

Dateobjectconstructorfordate1/1/1994

Dateobjectdestructorfordate1/1/1994

Employeeobjectdestructor:Jones,Bob

Dateobjectdestructorfordate3/12/1988

Dateobjectdestructorfordate7/24/1949

17.4使用成员对象初始值：figl7_04.cpp

Employee构造函数有8个参数(fname、Iname、bmonth、bday、byear、hmonth>hday和

hyear),头部中的冒号(：)分开了成员初始值和参数列表。成员初始值指定Employee参数传

556第2部分C++编程

递给成员Date对象的构造函数。参数bmonth、bday和byear传递给对象birthDate的构造函数，

参数hmonth、hday和hyear传递给对象hireDate的构造函数。用逗号分开多个成员初始值。

记住，const成员和引用也是在成员初始值列表中初始化的（在第19章中，我们将看见派

生类的基类部分也用这种方式初始化）。类date和类Employee都包含析构函数，当破坏Date

对象或者Employee对象时，它们将分别打印消息。这使得我们可以在程序输出中确信对象是

从内向外构造的，而且从外向内按照相反的顺序来破坏（也就是说，Date成员对象在包含它

们的Employee对象破坏之后破坏）。

成员对象并不需要通过成员初始值来明确初始化。如果没有提供成员初始值，则将隐含调

用成员对象的默认构造函数。如果默认构造函数创建了值，则用set函数来覆盖。然而，对于

复杂的初始化，这种方法需要相当多的额外工作和时间。

7^x1常见的编程错误17.6________________________________________________________

当没有为成员对象提供成员初始值时，没有为成员对象类提供默认构造函数将导

致语法错误。

性能提示17.2______________________________________________________________

@用成员初始值来明确地初始化成员对象。这避免了“双重初始化”成员对象的开

销：在调用成员对象的默认构造函数时初始化一次，在