《皮德常C++程序设计教程》Chapter-9

第9章类的高级局部皮德常南京航空航天大学计算机科学与技术学院1主要内容9.1静态成员9.2友元9.3对象赋值问题9.4拷贝构造函数9.5运算符重载9.6对象组合29.1静态成员例：一个学生类，定义其对象张三、李四，他们分别维护着类成员的一份副本〔学号、姓名、籍贯等〕。如果要统计一个班学生总数？用类外的变量记录，违背了数据封装。用类的一个数据成员记录，导致多个副本，不仅冗余，而且势必造成数据不一致。39.1.1静态数据成员1.用关键字static声明；2.同一个类中的所有对象都共享该变量；3.必须在类外定义和初始化，用(::)来指明所属的类。4.静态变量不依赖于对象而存在，无论是否认义该类的对象，这种类型的变量都存在。静态数据成员实际上是在类外定义的一个变量，它的生存期和整个程序的生存期一样，在定义对象之前，静态数据成员就已经存在。4classStaticDemo{staticintx;

inty;public:voidputx(inta){x=a; }voidputy(intb){y=b; }intgetx(){returnx; }intgety(){returny; }};intStaticDemo::x; //静态变量x将被StaticDemo类的所有对象共享，例如：StaticDemoobj1,obj2;obj1.putx(5);obj1.puty(l0);obj2.puty(20);cout<<"x:"<<obj1.getx()<<""<<obj2.getx()<<endl;cout<<"y:"<<obj1.gety()<<""<<obj2.gety()<<endl;理解它！59.1.2静态函数成员静态函数成员是类中的一个函数，有static修饰。静态函数成员和静态数据成员类似，在对象生成之前也已经存在。这就是说在对象产生之前，静态的函数成员就能访问其它静态成员。类外代码可以使用类名和作用域操作符来调用静态成员函数。静态成员函数只能引用属于该类的静态数据成员或静态成员函数。见例【例9-2】。6//budget2.h文件的内容。classBudget{ staticfloatcorpBudget; floatdivBudget;public: Budget(){divBudget=0;} voidaddBudget(floatb) { divBudget+=b; corpBudget+=divBudget; }

staticvoidmainOffice(float); floatgetDivBudget(){returndivBudget;} floatgetCorpBudget(){returncorpBudget;}};7//Contentsofbudget2.cpp#include"budget2.h"floatBudget::corpBudget=0; //Definitionofstaticmemberfunction.

voidBudget::mainOffice(floatmoffice){ corpBudget+=moffice;}8//主程序pr9-2.cpp的内容#include"budget2.h“voidmain(){ floatamount; inti; floatbud; cout<<"Entermainoffice'sbudgetrequest:"; cin>>amount;

Budget::mainOffice(amount); Budgetdivisions[4];9for(i=0;i<4;i++){ cout<<"EnterthebudgetforDivision"; cout<<(i+1)<<""; cin>>bud; divisions[i].addBudget(bud);}cout<<"\nHerearethedivisionbudget:\n";for(i=0;i<4;i++){ cout<<"\tDivision"<<(i+1)<<"\t$"; cout<<divisions[i].getDivBudget()<<endl;}10 cout<<"\tTotalRequests:"; cout<<divisions[0].getCorpBudget()<<endl;}1.对于静态的函数成员，是通过类名和作用域分辨符调用的。2.也可以采用对象点的方式调用budget2.h

budget2.cpp9-2.cpp119.2友元函数引入友元的原因？1.友元函数不是类中的函数成员，但它和类的函数成员一样，可以访问类中定义的私有成员。2.友元函数可以是一个外部函数，也可以是另外一个类的函数成员。3.将某个函数声明为一个类的友元方式，前面加friend。12【例9-3】求两个点之间的距离。classPoint{ intxPos,yPos;public: Point(intxx=0,intyy=0) {xPos=xx;yPos=yy;} intGetXPos(){returnxPos;} intGetYPos(){returnyPos;}

frienddoubleDistance(Point&a,Point&b);};9.2.1外部函数作为类的友元13doubleDistance(Point&a,Point&b){

doubledx=a.xPos-b.xPos; doubledy=a.yPos-b.yPos; returnsqrt(dx*dx+dy*dy);}voidmain(){Pointp1(3,5),p2(4,6);cout<<Distance(p1,p2)<<endl;}9-3.cpp不采用友元如何解决？14其他类的成员函数声明为一个类的友元函数，这个成员函数也称为友元成员。友元成员不仅可以访问自己所在类对象中的私有成员和公有成员，还可以访问friend声明语句所在类对象中的私有成员和公有成员，这样能使两个类相互合作完成某一任务。例：将Aux类的函数addBudget声明为Budget类的友元函数。9.2.2类的成员函数作为另外一个类的友元15classBudget;//对Budget类超前使用说明classAux //Aux类的定义{private:floatauxBudget;public:Aux(){auxBudget=0;}voidaddBudget(float,Budget&);floatgetDivBudget(){returnauxBudget;}};16classBudget//Budgetclassdeclaration{staticfloatcorpBudget;floatdivBudget;public:Budget(){divBudget=0;}voidaddBudget(floatB)

{divBudget+=B;corpBudget+=divBudget;}floatgetDivBudget(){returndivBudget;}floatgetCorpBudget(){returncorpBudget;}

staticvoidmainOffice(float);

friendvoidAux::addBudget(float,Budget&);};17//Contentsofbudget3.cpp#include"budget3.h" //DefinitionofstaticmemberofBudgetclassfloatBudget::corpBudget=0;//DefinitionofstaticmemberfunctionmainOffice.

voidBudget::mainOffice(floatmoffice){ corpBudget+=moffice;}18//Contentsofauxi1.cpp#include"auxi1.h"#include"budget3.h"//DefinitionofmemberfunctionmainOffice.voidAux::addBudget(floatb,Budget&div){ auxBudget+=b;

div.corpBudget+=auxBudget;}AttentionPlz19//Contentsofmainprogram#include"budget3.h“voidmain(){ floatamount; inti; floatbud; cout<<"Enterthemainoffice'sbudget:"; cin>>amount;

Budget::mainOffice(amount); Budgetdivisions[4];AuxauxOffices[4];20for(i=0;i<4;i++){cout<<"Enterthebudgetrequestfordivision"; cout<<(i+1)<<":"; cin>>bud; divisions[i].addBudget(bud); cout<<"Enterthebudgetrequestfordivision"; cout<<(i+1)<<"'sauxiliaryoffice:"; cin>>bud; auxOffices[i].addBudget(bud,divisions[i]);}21cout<<"Herearethedivisionbudgetrequests:\n";for(i=0;i<4;i++) {cout<<"\tDivision"<<(i+1)<<"\t\t\t"; cout<<setw(7); cout<<divisions[i].getDivBudget()<<endl; cout<<"\tAuxilaryOfficeofDivision"<<(i+1); cout<<"\t"; cout<<auxOffices[i].getDivBudget()<<endl;}cout<<"\tTotalRequests(includingmainoffice):";cout<<divisions[0].getCorpBudget()<<endl;}auxi1.hbudget3.hauxi1.cppbudget3.cpp9-3.cpp229.2.3一个类作为另外一个类的友元假设一个类为另一个类的友元，那么此类的所有成员都能访问对方类的私有成员。classA{intx;

friendclassB;public:voidDisplay(){cout<<x<<endl;}};classB{

Aa;public:voidSet(inti){a.x

=i;}voidDisplay(){a.Display();}};不好的方法，勿模仿239.3对象赋值问题采用赋值运算符“=”可以将一个对象赋值给另外一个对象，或者采用一个对象初始化另外一个对象。在缺省情况下，这两个操作执行的是对象成员之间的拷贝，也称为按位拷贝或浅拷贝。

【例9-5】浅拷贝应用举例。.24classRectangle{floatwidth,length,area;voidcalcArea(){area=width*length;}public:voidsetData(floatw,floatl){ width=w;length=l;calcArea();}floatgetWidth(){returnwidth;}floatgetLength(){returnlength;}floatgetArea(){returnarea;}};25voidmain(){ Rectanglebox1,box2; box1.setData(10,20); box2.setData(5,10); cout<<"\nBoxl'sArea:"<<box1.getArea(); cout<<"\nBox2'sArea:"<<box2.getArea(); box2=box1; //对象赋值 cout<<"\nBoxl'sArea:"<<box1.getArea(); cout<<"\nBox2'sArea:"<<box2.getArea();}9-5.cpp269.3对象赋值问题(continued)当采用一个对象初始化另一个对象时，对象成员之间的赋值也是按位拷贝。赋值和初始化的区别：赋值出现在两个对象都已经存在的情况下，而初始化出现在创立对象时，例如: Rectanglebox1; box1.setData(100,50); Rectanglebox2=box1;//initialization279.4拷贝构造函数拷贝构造函数是一个特殊的构造函数，当定义一个对象并采用同类型的另外一个对象初始化时，将自动调用拷贝构造函数。通常，采用缺省的按位拷贝操作也能正确地实现赋值，但在某些情况下不能正确执行。Example:

28classPersonInfo{ char*name; intage;public: PersonInfo(char*n,inta) { name=newchar[strlen(n)+1]; strcpy(name,n); age=a; }

~PersonInfo(){delete[]name;} char*getName(){returnname;} intgetAge(){returnage;}};PersonInfoperson1("Jones",20);PersonInfoperson2=person1;//将产生???291.解决的方法：定义拷贝构造函数。2.拷贝构造函数是一个特殊的构造函数，当采用一个对象初始化另一个对象时，将自动调用该函数。PersonInfo(PersonInfo&obj){ name=newchar[strlen(obj.name)+1]; strcpy(name,); age=obj.age;}拷贝构造函数的参数代表“=”运算符右边的对象：

PersonInfoperson2=person1;30进一步演化：UsingconstParametersPersonInfo(constPersonInfo&obj){ name=newchar[strlen(obj.name)+1]; strcpy(name,); age=obj.age;}319.4.1缺省的拷贝构造函数如果一个类没有定义拷贝构造函数，C++将为其创立一个缺省的拷贝构造函数。缺省的拷贝构造函数的功能就是按位赋值。321.用对象初始化同类的另一个对象。例如：

PersonInfost1("ZhangSan",20);

PersonInfost2(st1),st3=st1;9.4.2调用拷贝构造函数的情况Ex9-a.cpp332.如果函数的形参是对象，当进行参数传递时将调用拷贝构造函数。

voidchangePerson(PersonInfop){//…}

voidmain(){PersonInfost1("Susan",20);changePerson(st1); }思考：为什么拷贝构造函数的参数一定是个引用，而不是对象?Ex9-b.cpp343.如果函数的返回值是对象，函数执行结束时，将调用拷贝构造函数对无名临时对象初始化。

classPersonInfo{public:PersonInfo(){cout<<"调用构造函数\n";}PersonInfo(PersonInfo&obj){cout<<"调用拷贝\n";}~PersonInfo(){cout<<"调用析构函数\n";}};

PersonInfogetPerson(){PersonInfoperson;returnperson;//函数的返回值是对象}

voidmain(){PersonInfostudent;student=getPerson();}35注意：VC2005版本有问题，VC6正确。Ex9-c.cpp36如果函数返回值是对象，要考虑return语句的效率。例如： returnstring(s1+s2);表示“创立一个无名的临时对象并且将它返回”与“先创立一个局部对象temp并返回”不等价： stringtemp(s1+s2); returntemp;379.4.4编译器的一个纰漏classInvoiceItem{public: InvoiceItem(intsize=51)

{ cout<<"调用缺省构造函数！\n"; } InvoiceItem(char*d)

{ cout<<"调用一个参数的构造函数！\n";} InvoiceItem(char*d,intu)

{ cout<<"调用两个参数的构造函数！\n"; } InvoiceItem(InvoiceItem&obj)

{ cout<<"调用拷贝构造函数！\n"; } ~InvoiceItem()

{ cout<<"调用析构函数！\n"; }};389.4.4编译器的一个纰漏intmain(){ InvoiceItemInventory[5]={//对象数组

InvoiceItem("鼠标",100), //A行

InvoiceItem("硬盘"), //B行

"主板", //C行

99 //D行

}; return0;}注意：VC2005和VC6都不正确。9-ERROR.cpp399.5运算符重载Example1:The/operatorcanperformtwotypesofdivision:floatingpointandinteger.

Example2: Datetoday(2011,4,28); today.add(5); today+=5;//???409.5.1重载赋值运算符如果对象中有指针成员，采用拷贝构造函数能解决对象初始化问题，但并不能处理对象赋值。Example:假设PersonInfo具有拷贝构造函数:PersonInfoperson1("ZhangSan”,20),person2("John",24);person2=person1;//memberwiseassignment

41Overloadthe=operator:classPersonInfo{char*name;

intage;public: ……

voidoperator=(constPersonInfo&right){ delete[]name; name=newchar[strlen()+1]; strcpy(name,); age=right.age;}};

42operator=函数的参数不一定是常引用，上述声明优点:(1)效率高。采用引用可以防止参数传递时生成对象拷贝，节省了对象初始化和析构的过程。(2)将参数声明为常引用，可以防止函数无意间修改对象right的内容。(3)符合赋值运算的常识。函数调用:p2.operator=(p1);

p2=p1;p3=p2=p1;//???439.5.2this指针this是一个隐含的内嵌指针，它指向调用成员函数的当前对象。Example:

cout<<person1.getName()<<endl; cout<<person2.getName()<<endl;44//【例9-8】

classPersonInfo{ char*name; intage;public:PersonInfooperator=(constPersonInfo&right){ delete[]name; name=newchar[strlen()+1];strcpy(name,); age=right.age;return*this;}//其他函数略};45voidmain(){PersonInfojim("Jim",20),bob("Bob",21), clone=jim;clone=bob=jim;

//Calloverloaded=operatorcout<<clone.getName()<<"," <<clone.getAge()<<endl;}operator=还有问题吗？46PersonInfo&operator=(constPersonInfo&right){ //重载运算符“=”的秘笈：

//一、检查自赋值

if(this==&right)return*this;

//二、释放原有的内存空间

delete[]name;

//三、分配新的内存空间，并复制内容

name=newchar[strlen()+1];strcpy(name,);age=right.age;

//四、返回本对象的引用

return*this;}9-8.cpp47this指针是以隐含参数的形式传递给非静态的函数成员：

PersonInfo(char*name,intage)

{

this->name=newchar[strlen(name)+1];strcpy(this->name,name);

this->age=age;}489.5.3重载双目算术运算符引入原因:

Feetincheslength1(3,5),length2(6,3),length3; length3=length1+length2;//等价于

length3=length1.operator+(length2);仅讲述如何重载双目运算符+和-，其它类似。49classFeetInches{ intfeet,inches;voidsimplify();public://其他函数代码见节 ……FeetInchesoperator+(constFeetInches&);FeetInchesoperator-(constFeetInches&);};50//Overloadedbinary+operator.FeetInchesFeetInches::operator+( constFeetInches&right){ FeetInchestemp; temp.inches=inches+right.inches; temp.feet=feet+right.feet; temp.simplify(); returntemp;}51//Overloadedbinary-operator.FeetInchesFeetInches::operator-( constFeetInches&right){ FeetInchestemp; temp.inches=inches-right.inches; temp.feet=feet-right.feet; temp.simplify(); returntemp;}529.5.3重载双目算术运算符任何一个双目算术运算符B被重载以后，当执行二元运算时：Obj1BObj2完全等价于：Obj1.operatorB(Obj2)Ex9-d.cpp539.5.4重载单目算术运算符Example1:

distance2=++distancel;//前置++等价于: distance2=distancel.operator++();Example2:

distance2=distancel++;//后置++等价于: distance2=distancel.operator++(0);54classFeetInches//【例9-9】{ intfeet,inches;voidsimplify();public: ……FeetInchesoperator+(constFeetInches&);FeetInchesoperator-(constFeetInches&);

FeetInches

operator++();FeetInchesoperator++(int);};Dummyparameter55//Overloadedprefix++operator.FeetInchesFeetInches::operator++(){ ++inches; simplify(); return*this;}56 //Overloadedpostfix++operator.FeetInchesFeetInches::operator++(int){ FeetInchestemp(feet,inches); inches++; simplify(); return temp;}Ex9-e.cpp579.5.5重载关系运算符重载关系运算符，实现两个对象的比较，其中关系运算符函数要返回一个布尔值〔true或false〕:Example:if(distancel<distance2){ ...code...}58classFeetInches{intfeet,inches;voidsimplify();public: ……booloperator>(constFeetInches&);

booloperator<(constFeetInches&);

booloperator==(constFeetInches&);};59//Overloaded>operator.

bool FeetInches::operator>( constFeetInches&right){if(feet>right.feet) returntrue;elseif(feet==right.feet&&inches>right.inches) returntrue;elsereturnfalse;}60//Overloaded<operator.boolFeetInches::operator<( constFeetInches&right){if(feet<right.feet) returntrue;elseif(feet==right.feet&&inches<right.inches) returntrue;else returnfalse;}61//Overloaded==operator.boolFeetInches::operator==( constFeetInches&right){if(feet==right.feet&&inches==right.inches) returntrue;else returnfalse;}Ex9-f.cpp629.5.6重载流操作符<<和>>Example: intvalue; cout<<value; FeetInchesdistance;

cin>>distance;

注意：如果要为FeetInches类重载流插入符<<，那么必须通过友元函数的形式实现函数重载。能否实现?63classFeetInches{intfeet,inches;public: ……friend

ostream&operator<<(ostream&, FeetInches&);friendistream&operator>>(istream&, FeetInches&);};64//Overloaded<<operator.ostream

&operator<<( ostream&strm, FeetInches&obj){ strm<<obj.feet<<"feet," <<obj.inches<<"inches"; return strm;}65//Overloaded>>operator.istream &operator>>( istream&strm, FeetInches&obj){ cout<<"Feet:";strm>>obj.feet; cout<<"Inches:";strm>>obj.inches; return strm;}66

cout<<distancel<<""<<distance2<<endl;等价于如下过程：1.首先调用重载函数<<，执行cout<<distancel，返回cout对象；2.执行cout<<“”，返回值是cout对象；3.以(1)的方式，执行cout<<distance2；4.以(2)的方式，执行表达式中的cout<<endl；Ex9-g.cpp679.5.7重载类型转换运算符Example: inti=100; floatf=3.14f; i=f; f=i;对于一个对象，通过重载类型转换函数，可实现类型转换功能。

68classFeetInches{intfeet,inches;public: …… operatorfloat();

//Truncatestheinchesvalue operatorint(){ returnfeet; }};Noreturntypeisspecifiedinthefunctionheader.SincethefunctionisaFeetInches-to-floatconversionfunction,itwillalwaysreturnafloat.69

//ConvertaFeetInchesobjecttoafloat.

FeetInches::operatorfloat(){ floattemp=feet; temp+=(inches/12.0f); returntemp;}70voidmain(){ FeetInchesdistance; float f; int i; cin>>distance; f=distance; i=distance;}Ex9-h.cpp719.5.8重载[]操作符Example1: stringname="John"; cout<<name[0]; name[0]='a';C++除了支持重载传统的运算符，还支持重载[]符。这样就能象操作普通数组一样操作对象数组。72classIntArray{ int*aptr; intarraySize; voidmemError(); voidsubError();public: IntArray(int); IntArray(constIntArray&); ~IntArray(); intsize(){returnarraySize;} int&operator[](constint&);};why?73//ConstructorforIntArrayclassIntArray::IntArray(ints){ arraySize=s; aptr=newint[s]; if(aptr==0) memError(); for(inti=0;i<arraySize;i++) *(aptr+i)=0;}74//CopyConstructorforIntArrayclass.IntArray::IntArray(constIntArray&obj){ arraySize=obj.arraySize; aptr=newint[arraySize]; if(aptr==0) memError(); for(inti=0;i<arraySize;i++) *(aptr+i)=*(obj.aptr+i);}75//DestructorforIntArrayclass.IntArray::~IntArray(){ if(arraySize>0) delete[]aptr; arraySize=0;}76 //memErrorfunction.voidIntArray::memError(){ cout<<"Cannotallocatememory.\n"; exit(0);} //subErrorfunction.voidIntArray::subError(){ cout