适合具备C语言基础的C++教程（三）

时间：2021-02-20 11:37:31

关键字： C语言 C 嵌入式

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[导读]在上一则教程中，着重地阐述了构造函数以及析构函数的相关概念，这也是C++中非常重要的两个概念之一。在今天的教程中，笔者将继续叙述 C++相对于 C语言来说不同的点，将详细叙述命名空间，静态成员，友元函数以及运算符重载这几个知识点。

前言

在上一则教程中，着重地阐述了构造函数以及析构函数的相关概念，这也是C++中非常重要的两个概念之一。在今天的教程中，笔者将继续叙述 C++相对于 C语言来说不同的点，将详细叙述命名空间，静态成员，友元函数以及运算符重载这几个知识点。

C++ 命名空间

命名空间的存在是为了区分不同库的相同的函数名，用一个简单的例子来说明这个问题就是在 windows的文件系统中，不同文件夹下可以有相同名字的文件，相同文件夹下因为这相同文件处在不同的范围内，用 C++ 说白了也就是处在不同的命名空间中。文件系统的一个结构图：

文件系统框图

定义命名空间

命名空间的定义使用的是关键字 namespace，后跟命名空间的名称，如下所示：

namespace namespace_name{
    // 代码声明
}

为了调用带有命名空间的函数或者变量，需要在前面加上命名空间的名称，如下所示：

name::code   // code 可以是变量或者是函数

例子

下面通过一个例子来说明命名空间的概念，首先，我们具有两个类，一个是 Dog ，一个是 Person，而这个时候，有两个函数具有相同的名字，都要输出不同的信息，这个时候，就有必要使用到命名空间的概念。首先，我们在 dog.h 里面定义一个 dog 类，代码如下所示：

#ifndef __DOG_H__
#define __DOG_H__

namespace C{

class Dog{
private:
    char *name;
    int age;
public:
    void setName(char *name);
    int setAge(int age);
    void printInfo(void);
};

void printVersion(void);
}
#endif

然后，紧接着来看 dog.cpp 里面的内容。代码如下所示：

#include "dog.h"

namespace C{
    void Dog::setName(char *name)
    {
        this->name = name;
    }

    int Dog::setAge(int age)
    {
        if (age < 0 || age > 20)
        {
            this->age = 0;
            return -1;
        }

        this->age = age;
        return 0;
    }

    void Dog::printInfo(void)
    {
        printf("name = %s, age = %d\n",name,age);
    }

    void printersion(void)
    {
        printf("Dog v1");
    }
}

OK ，看完了 Dog 的代码，我们紧接着来看 Person 的代码，代码如下所示：

#ifndef __PERSON_H__
#define __PERSON_H__

namespace A{

class Person{
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;

public:
    void setName(char *name);
    int setAge(int age);
    void printInfo(void);
    };

    void printfVersion(void);
}
#endif

紧接着就是 Person.cpp 的代码，具体的代码如下所示：

namespace A {

void Person::setName(char *name)
{
    this->name = name;
}

int Person::setAge(int age)
{
    if (age < 0 || age > 150)
    {
        this->age = 0;
        return -1;
    }
    this->age = age;
    return 0;
}

void Person::printInfo(void)
{
    printf("name = %s, age = %d, work = %s\n", name, age, work); 
}

void printVersion(void)
{
    printf("Person v1\n");
}

}

上述就是所定义的两个类，我们紧接着来看 main.cpp 的代码：

int main(int argc, char **argv)
{
    A::Person per;
    per.setName("zhangsan");
    per.setAge(16);
    per.printInfo();

    C::Dog dog;
    dog.setName("wangcai");
    dog.setAge(1);
    dog.printInfo();

    A::printVersion();
    C::printVersion();
    return 0
}

在最后的倒数第二行和倒数第三行，我们可以看到如果这个时候，没有命名空间的存在，那么就完全不能够分辨 printVersion这个函数，加上了命名空间之后，就能够分辨出来了。

静态成员

在上述代码的基础上，我们在主函数定义了如何几个变量，代码如下所示：

#include 

int main(int argc, char **argv)
{
    Person per1;
    Person per2;
    Person per3;
    Person per4;

    Person *per5 = new Person[10];
}

那我们要如何知道我们定义几个 Person 对象呢，可以这样去做，我们创建一个 cnt变量，然后在每个构造函数执行的过程中让 cnt加一，代码如下所示：

#include 
#include 
#include 

class Person
{
private:
    int cnt;
    char *name;
    int age;
    char *work;

public:

    Person()
    {
        name = NULL;
        work = NULL;
        cnt++;
    }

    Person(char *name)
    {
        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name, name);
        this->work = NULL;
        cnt++;
    }

    Person(char *name, int age, char *work = "none")
    {
        this->name = new char[strlen(name) + 1];
        strcpy(this->name, name);

        this->work = new char[strlen(work) + 1];
        strcpy(this->work, work);
        cnt++;
    }

    ~Person()
    {
        if (this->name)
        {
            cout << "name is:" << name << endl;
            delete this->name;
        }
        if (this->work)
        { 
            cout << "work is:" << work << endl;
            delete this->work;
        }
    }
};

但是如果这么写的话存在一个问题，就是我们想要实现的功能是看有几个实例化 Person 对象，那么这个计数量cnt应该是属于 Person类的，具体的关系如下图所示：

image-20210125140524739

但是上述的代码中，cnt是属于 Person的实例化对象的，那要如何做才能使得 cnt属于 Person类的实例化对象呢，这个时候，我们需要将 cnt定义为 static类的，这样子，cnt就是属于 Person类的了，定义的代码如下所示：

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;
    static int cnt;
};

那么我们要如何得到 cnt 的值呢，可以编写一个函数，但是同样的，我们编写的函数要是属于整个 Person类的，那应该如何去做呢，同样的办法，我们在前面加上 static，代码如下所示：

#include 
#include 

class Person
{
private:
    char *name;
    int age;
    char *work;
    static int cnt;

public:
    static int getcount(void)
    {
        return cnt;
    }
};

有了 getcount函数，我们就可以调用它，然后将其打印出来，方法如下所示：

#include 

int main(int argc, char *argv)
{
    Person per1;
    Person per2;

    Person *per5 = new Person[10];
    count << "person number = " << Person:getcount() << endl;
}

最后，还存在一个问题，因为我们在 cnt上加了 static，那么当前的 cnt就是属于 Person类的，这样一来，那么就是说 cnt的值还没有分配空间，那么要如何分配空间呢，我们需要在主函数开始之前对 cnt进行定义和初始化，代码如下所示：

int Person::cnt = 0;     /* 定义*/

这样的话，就可以知道 cnt的值了，下面是运行的结果：

image-20210125143702110

这样，就知道了 Person 类的实例化次数。那为什么要把 int Person::cnt = 0放在 main函数的最开始呢，这是因为要在 main所有实例化对象定义之前就要将其初始化完成。

友元函数

首先，我们有这样一个需求，需要实现两个类的相加，下面是写出来的代码：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

class Point
{
private:
    int x;
    int y;

public:
    Point(){}
    Point(int x, int y) : x(x), y(y) {}

    void setX(int x)
    {
        this->x = x;
    }

    void setY(int y)
    {
        this->y = y;
    }

    int getX(void)
    {
        return x;
    }

    int getY(void)
    {
        return y;
    }
};

Point add(Point &p1, Point &p2)
{
    Point n;
    n.setX(p1.getX() + p2.getX());
    n.setY(p1.getY() + p2.getY()); 
    return n;
}

int main(int argc, char **argv)
{
    Point p1(1, 2);
    Point p2(2, 4);

    Point result = add(p1,p2);

    cout << "the result is:" << "(" << result.getX() << "," << result.getY() << ")"<< endl;

    return 0;
}

上述代码中存在一个缺点就是说，我们在进行 add()函数编写的时候，用到了两次 getX()和 getY()，这样就显得代码看起来十分的臃肿，所以也就有了如下的更改方式,我们可以将 Point add(Point &p1, Point &p2)函数设置成友元，那么在这样的基础上，就可以直接访问到 p1和 p2里面的成员，换句通俗的话来将，就是说，我把你当做朋友，你就获得了一些权限，更改的代码如下所示：

class Point
{
private:
    int x;
    int y;

public:
  Point(){}
  Point(int x, int y) : x(x),y(y){}

  friend Point add(Point &p1, Point &p2);  
};

Point add(Point &p1, Point &p2)
{
    Point n;
    n.x = p1.x + p2.x;
    n.y = p2.x + p2.y;
    return n;
}

声明成友元之后，在函数里就可以访问到类里面的私有数据成员，大大简化了代码量。

运算符重载

上述介绍友元的时候，我们将两个实例化的对象进行相加，使用的是 C 语言的思路，但是对于 C++来说，其具备运算符重载的特性，也就是能够重载一个+号运算符用于类的相加。为了展开这个知识点，依旧先从之前学习 C语言时的角度去看这个问题，我们之前学习 C语言的时候，我们会接触到这样一个概念，就是++p 和 p++，比如有如下所示的代码：

int a = 1;
int b;
b = ++a;

上述代码的意思分解一下是这样子的：

int a = 1;
int b;
a = a + 1;
b = a;

这样一来，b的结果就是 2。但是如果像下面这样子的代码：

int a = 1;
int b;
b = a++;

上面的代码分解一下，就是下面这样子的：

int a = 1;
int b;
b = a;
a = a++;

这样子，运行后 b的结果是 1。

现在我们要来实现这个前 ++和后 ++的运算符重载，实现类里面成员的++，继续沿用上述的代码，基于 Point类，我们来编写重载的函数，代码如下所示：

Point operator++(Point &p) /* 引用节省内存 */
{
    p.x = p.x + 1;
    p.y = p.y + 1;
    return p;
}

前 ++和后 ++的运算符一致，然而在重载函数中，是通过形参的不同来进行重载函数的，因此，我们在编写后 ++的重载函数的时候，需要新增一个参数，比如下面的代码：

Point operator++(Point &p, int a)
{
    Point n;
    n = p;
    p.x = p.x + 1;
    p.y = p.y + 1;
    return n;
}

上述的重载函数，因为都操作了类里面的私有数据成员，因此，必须将其声明为友元。下面是代码实现：

class Point
{
private:
    int x;
    int y;
public:
  Point(){}
  Point(int x, int y) : x(x), y(y){}
  friend Point operator++(Point &p);
  friend Point operator++(Point &p, int a);
  void printfInfo(void)
  {
      cout << "(" << x << "," << y << ")" << endl;
  }
};

需要注意的一点是，上述的形参里面使用的是 p的引用，为什么要使用引用是因为引用传入的是地址，占四个字节的大小，但是如果传入的不是引用，那么就要占用整个类那么大的大小。这样做也就节省了存储空间。

紧接着，我们来编写主函数的代码：

int main(int argc, char **argv)
{
    Point p1(1, 2);
    Point p2(3, 4);

    Point n;
    n = ++p1;
    n.printfInfo();


    cout << "**********************" << endl;
    Point n2;
    n2 = p2++;
    n2.printfInfo();
}