一、C++類 & 物件

    C++ 在 C 語言的基礎上增加了面向物件程式設計，C++ 支援面向物件程式設計。類是 C++ 的核心特性，通常被稱為使用者定義的型別。

    類用於指定物件的形式，它包含了資料表示法和用於處理資料的方法。類中的資料和方法稱為類的成員。函式在一個類中被稱為類的成員。

1、定義C++ 類

    定義一個類，本質上是定義一個數據型別的藍圖。這實際上並沒有定義任何資料，但它定義了類的名稱意味著什麼，也就是說，它定義了類的物件包括了什麼，以及可以在這個物件上執行哪些操作。

    類定義是以關鍵字 class 開頭，後跟類的名稱。類的主體是包含在一對花括號中。類定義後必須跟著一個分號或一個宣告列表。例如，我們使用關鍵字 class 定義 Box 資料型別，如下所示：

class Box
{
   public:
      double length;   // 盒子的長度
      double breadth;  // 盒子的寬度
      double height;   // 盒子的高度
};

    關鍵字 public 確定了類成員的訪問屬性。在類物件作用域內，公共成員在類的外部是可訪問的。您也可以指定類的成員為 private 或 protected。

2、定義C++物件

    類提供了物件的藍圖，所以基本上，物件是根據類來建立的。宣告類的物件，就像宣告基本型別的變數一樣。下面的語句聲明瞭類 Box 的兩個物件：

 Box Box1;
 
          // 宣告 Box1，型別為 Box
 Box Box2;          // 宣告 Box2，型別為 Box

    物件 Box1 和 Box2 都有它們各自的資料成員。

3、訪問資料成員

    類的物件的公共資料成員可以使用直接成員訪問運算子 (.) 來訪問。為了更好地理解這些概念，讓我們嘗試一下下面的例項：

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;   // 長度
      double breadth;  // 寬度
 

      double height;   // 高度
};
 
int main( )
{
   Box Box1;        // 宣告 Box1，型別為 Box
   Box Box2;        // 宣告 Box2，型別為 Box
   double volume = 0.0;     // 用於儲存體積
 
   // box 1 詳述
   Box1.height = 5.0; 
   Box1.length = 6.0; 
   Box1.breadth = 7.0;
 
   // box 2 詳述
   Box2.height = 10.0;
   Box2.length = 12.0;
   Box2.breadth = 13.0;
 
   // box 1 的體積
   volume = Box1.height * Box1.length * Box1.breadth;
   cout << "Box1 的體積：" << volume <<endl;
 
   // box 2 的體積
   volume = Box2.height * Box2.length * Box2.breadth;
   cout << "Box2 的體積：" << volume <<endl;
   return 0;
}

    需要注意的是，私有的成員和受保護的成員不能使用直接成員訪問運算子 (.) 來直接訪問。

4、類的成員函式

    類的成員函式是指那些把定義和原型寫在類定義內部的函式，就像類定義中的其他變數一樣。類的成員函式是類的一個成員，它可以操作類的任意物件，可以訪問物件中的所有成員。

    讓我們看看之前定義的類 Box，現在我們要使用成員函式來訪問類的成員，而不是直接訪問這些類的成員：

class Box
{
   public:
      double length;         // 長度
      double breadth;        // 寬度
      double height;         // 高度
      double getVolume(void);// 返回體積
};

    成員函式可以定義在類定義內部，或者單獨使用範圍解析運算子 :: 來定義。在類定義中定義的成員函式把函式宣告為內聯的，即便沒有使用 inline 識別符號。所以可以按照如下方式定義 Volume() 函式：

class Box
{
   public:
      double length;      // 長度
      double breadth;     // 寬度
      double height;      // 高度
  	//這裡的成員函式getVolume()是一個行內函數
      double getVolume(void)
      {
         return length * breadth * height;
      }
};

也可以在類的外部使用範圍解析運算子 :: 定義該函式，如下所示：

double Box::getVolume(void)
{
    return length * breadth * height;
}

    在C++中建立一個類，這個類中肯定會包括建構函式、解構函式、拷貝建構函式和過載賦值操作。

二、類的建構函式

    類的建構函式是類的一種特殊的成員函式，它會在每次建立類的新物件時執行。

    建構函式的名稱與類的名稱是完全相同的，並且不會返回任何型別，也不會返回 void。建構函式可用於為某些成員變數設定初始值。

建構函式包括預設建構函式和帶參建構函式。

1、預設建構函式

    預設建構函式沒有返回值，也沒有任何引數，下面是一個預設建構函式的例項：

class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line();  // 這是建構函式
 
   private:
      double length;
};
 
// 建構函式定義
Line::Line(void)
{
    cout << "Object is being created" << endl;
}

2、帶參建構函式

    帶參建構函式可以理解為有引數的預設建構函式，這樣在建立物件時就會給物件賦初始值，如下面的例子所示：

class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line(double len);  // 這是帶參建構函式
 
   private:
      double length;
};
 
// 帶參建構函式定義
Line::Line( double len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
    length = len;
}

3、使用初始化列表來初始化欄位

使用初始化列表來初始化欄位：

Line::Line( double len): length(len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

上面的語法等同於如下語法：

Line::Line( double len)
{
    length = len;
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

    假設有一個類 C，具有多個欄位 X、Y、Z 等需要進行初始化，同理地，您可以使用上面的語法，只需要在不同的欄位使用逗號進行分隔，如下所示：

C::C( double a, double b, double c): X(a), Y(b), Z(c)
{
  ....
}

初始化列表初始化和建構函式初始化的區別：

    (1)初始化列表初始化，是對類的成員進行顯式的初始化，而建構函式初始化是對累的成員進行賦值；

    (2)對於內建型別的成員變數，使用初始化列表進行初始化和使用建構函式初始化，在效能和結果上都是一樣的。

    (3)對與非內建型別的成員變數，因為類型別的資料成員的資料成員物件，在進入函式體之前就已經構造完成，也就是說在成員初始化列表處進行構造物件的工作，呼叫建構函式，在進入函式體之後，進行的是對已經構造好的類物件的賦值，又**呼叫一個賦值操作符才能完成（**如果並未提供，則使用編譯器提供的預設成員賦值行為）。為了避免兩次構造，推薦使用類建構函式初始化列表。

    但有很多場合必須使用帶有初始化列表的建構函式。例如，成員型別是沒有預設建構函式的類，若沒有提供顯示初始化時，則編譯器隱式使用成員型別的預設建構函式，若類沒有預設建構函式，則編譯器嘗試呼叫預設建構函式將會失敗。再例如const成員或者引用型別的成員，因為const物件或引用型別只能初始化，不能對它們進行賦值。

    C++基本內建型別包括算術型別和空型別。算數型別包括整型(整數、字元、布林)和浮點型。空型別指void型別

三、類的拷貝建構函式

1、拷貝建構函式定義

    拷貝建構函式是一種特殊的建構函式，其作用也是為類的成員初始化以及為物件的構造分配儲存空間。函式的名稱必須和類名稱一致，無返回型別，它的唯一的一個引數是本型別的一個引用變數，該引數是const型別，不可變。

拷貝建構函式原型如下：

	class_name(const class_name &src);

對於一個類X, 如果一個建構函式的第一個引數是下列之一：

 　　& X；
 　　const & X；
 　　volatile & X；
 　　const volatile & X；

且沒有其他引數或其他引數都有預設值，那麼這個函式是拷貝建構函式，如下：

    X::X(const & X);   
    X::X(& X, int=1); 
    X::X(& X, int a=1, int b=2);

2、拷貝建構函式實現

class Date 
{ 
public: 
    Date(int year = 1995,int month = 12,int day = 8) // 帶參建構函式 
        :_year(year) , _month(month) , _day(day) //初始化列表初始化
    { 
        cout << "date()建構函式"<< this << endl; 
    } 
    Date(const Date& d)// 拷貝建構函式 
        :_year(d._year) , _month(d._month) , _day(d._day) 
    { 
        cout << "date(&d)" << this << endl; 
    }
private: 
    int _year; 
    int _month; 
    int _day; 
};

四、類的賦值運算子過載

1、過載賦值運算子的定義

    過載賦值操作符是一個特別的賦值運算子，通常是用來把已存在的物件賦值給其它相同型別的物件。

過載賦值操作符的原型如下：

class_name& operator=(const class_name &src);

2、過載賦值運算子的實現

Date& Date::operator=(const Date& d) // 賦值運算子過載 
{
	cout << "operator= 賦值運算子過載 " << this << endl;
	if (this != &d) // 判斷是否自己對自己賦值
	{
		_year = d._year;
		_month = d._month;
		_day = d._day;
	}
	return *this;
}

注意：過載賦值運算子的返回值是一個引用。

3、拷貝建構函式和過載賦值運算子的呼叫

    當類的物件需要拷貝時，複製建構函式將會被呼叫。以下情況都會呼叫複製建構函式：
　　一個物件以值傳遞的方式傳入函式體；
　　一個物件以值傳遞的方式從函式返回；
　　一個物件需要通過另外一個物件進行初始化。

    如果物件在宣告的同時將另一個已存在的物件賦給它，就會呼叫拷貝建構函式；如果物件已經存在了，然後再將另一個已存在的物件賦給它，呼叫的就是過載賦值運算子。

     //假設CTest是一個使用者自定義類
     CTest obj;
     CTest obj1(obj); // 呼叫複製建構函式
     obj1 = obj; // 呼叫過載賦值操作符

4、深拷貝(deepcopy)與淺拷貝(shallowcopy)

    如果在類中沒有顯式地宣告，那麼編譯器會自動生成預設的複製建構函式和過載賦值操作符。預設的複製建構函式和賦值運算子進行的都是“shallow copy”，只是簡單地複製欄位，把值一一賦給要拷貝的值。因此如果物件中含有動態分配的記憶體，就需要我們自己重寫複製建構函式和過載賦值操作符來實現“deep copy”，確保資料的完整性和安全性。

    例如：類內成員變數需要動態開闢堆記憶體，如果實行淺拷貝，也就是把物件裡的值完全複製給另一個物件，如A=B。這時，如果B中有一個成員變數指標已經申請了記憶體，那A中的那個成員變數也指向同一塊記憶體。這就出現了問題：當B把記憶體釋放了（如：析構），這時A內的指標就是野指標了，出現執行錯誤。

    深拷貝和淺拷貝可以簡單理解為：如果一個類擁有資源(堆，或者是其它系統資源)，當這個類的物件發生複製過程的時候，資源重新分配，使物件擁有不同的資源，但資源的內容是一樣的，這個過程就是深拷貝；反之，沒有重新分配資源，兩個物件就有用共同的資源，同時對資源可以訪問，就是淺拷貝。
    淺拷貝，只是對指標的拷貝，拷貝後兩個指標指向同一個記憶體空間，深拷貝不但對指標進行拷貝，而且對指標指向的內容進行拷貝，經深拷貝後的指標是指向兩個不同地址的指標。

五、類的解構函式

    類的解構函式是類的一種特殊的成員函式，它會在每次刪除所建立的物件時執行。
    解構函式的名稱與類的名稱是完全相同的，只是在前面加了個波浪號（~）作為字首，它不會返回任何值，也不能帶有任何引數。解構函式有助於在跳出程式（比如關閉檔案、釋放記憶體等）前釋放資源。
    下面的例項有助於更好地理解解構函式的概念：

class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line();   // 建構函式宣告
      ~Line();  // 解構函式宣告
 
   private:
      double length;
};
 
//建構函式定義
Line::Line(void)
{
    cout << "Object is being created" << endl;
}
//解構函式定義
Line::~Line(void)
{
    cout << "Object is being deleted" << endl;
}

    三法則假如型別有明顯地定義下列其中一個成員函式，那麼程式設計師必須連其他二個成員函式也一同編寫至型別內，亦即下列三個成員函式缺一不可：

    (1)解構函式（Destructor）

    (2)拷貝建構函式（copy constructor）

    (3)過載賦值運算子（copy assignment operator）