深入探究C++ 類成員（Class Members）

来源:https://www.cnblogs.com/ruanchunyi/p/18176001
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一、定義 在class的聲明裡頭，真正有用的兩樣東西是data members 和 member functions： Data members：表示根據這個class所產生的object裡頭會有些什麼東西，它事實上也是占據object記憶體的唯一東西（除非引入虛擬機制）。通常為數據的封裝性，我們把d ...


一、定義

　　在class的聲明裡頭，真正有用的兩樣東西是data members 和 member functions：

　　Data members：表示根據這個class所產生的object裡頭會有些什麼東西，它事實上也是占據object記憶體的唯一東西（除非引入虛擬機制）。通常為數據的封裝性，我們把data members聲明為private或protected。

　　Member functions：是用來處理data members的函數。通常為了界面的開放性，我們把member functions設計為pubilc。

二、Data Members（數據成員）

　　Data members的聲明和一般non-class的變數聲明形式一樣，以CPoint為例：

 1 class CPoint
 2 {
 3 public:
 4     CPoint(float x=0.0):_x(x){}
 5     
 6     float x(){return _x;}
 7     void x(float xval){_x=xval;}
 8     
 9 protected:
10     float _x;     //data member
11     
12 };

　　第10行的_x就是一個data members。

　　如果data member本身不是一個變數，而是一個class object，這種情況比較特殊，稱為composition（組合），而這種object被稱為embedded objects或object member。Composition被用來描述has a的關係（例如汽車有一個引擎），inheritance(繼承）用來描述is a kind of的關係（例如汽車是一種交通工具）。稍後我們會分別描述composition和inheritance兩種情況。

三、Member Functions（成員函數）

　　Member functions用來處理class data members。在數據封裝的情況下，member functions可以說就是一個class（或object）的對外界面。這些functions並不占用object的記憶體空間，它被編譯器處理過後，以完全等同一般的global functions的身份出現，獨立於任何object之外。同一份函數代碼如何能夠處理依據同一個class產生出來的不同object的data members呢？關鍵在於有一個this指針隱藏在member functions的參數之中，也隱藏在member functions函數代碼對於data members的處理動作上，是編譯器自動為我們加上去的。

 四、如何取用 Class Members

　　要取得class members，如果是在class scope之內，直接使用其名稱即可。但如果是在class scope之外，你有三種方式可以辦到：

　　1.透過dot operator（.)，例如：

1 CPoint aPoint; // 產生一個 CPoint object，名為 aPoint
2 aPoint.x(); // 喚 起 CPoint::x()
3 aPoint._x = 7.0; // 使 用 CPoint 的 data member

　　2.透過arrow operator（->)，例如：

1 CPoint* pPoint = new CPoint; // 產生一個 CPoint object，由 pPoint 指向它
2 pPoint->x(); // 喚 起 CPoint::x()
3 pPoint->_x = 7.0; // 使用 CPoint 的 data member

　　3.透過scope resolution operator（::)，例如：

1 CPoint::foo(); // foo() must be a static member function
2 CPoint::ratio = 0.2; // ratio must be a static data member

　　第三種方法未通過任何對象訪問成員，表明這些成員應屬於類層次，即靜態成員（Static Members）。若錯誤地通過對象訪問非靜態成員，如CPoint::foo()，將引發錯誤。靜態成員應通過類名訪問，非靜態成員應通過對象實例訪問。

五、特殊的 Static Members（靜態成員）

　　Class中可以使用static關鍵，使members成為靜態。

　　靜態的意思是這份members屬於class而非object所有。聽起來有點奇怪，因為class只是屬性，而object才是實體。很難一言以敝之，讓我們將members細分為data 和function來討論。

　　當你看完以下的剖析，你會認為static data members和global variables很像，static member functions和global functions 很像。一點沒錯，從功能而言，global 可以取代static。不過，以面對對象的觀點來看，這些members如查在性質上與class息息相關，不是設計成class的static members為佳，面對對象的程式設計中，我們希望global的東西越少越好。

1. Static Data Members（靜態數據成員）

　　雖說data屬於object實體所有，但程式設計中有些數據也希望由各object共用，所以提升到class層級比較理想。例如我們設計一個銀行儲戶的class：

1 class SavingAccount
2 {
3 private:
4     char   m_name[40];//儲戶姓名
5     char   m_addr[60];//儲戶地址
6     double m_total;//賬戶金額
7     double m_rate;//利率
8 };

　　這家銀行採用浮動利率，每個賬戶的利息是根據當天的利率來計算的，這時m_rate就不適合成為每個object的數據了，否則每天一開市，光把所有的賬戶內容調出來，修改m_rate的值，就花了不少時間。m_rate應該獨立於各object之外，成為class的獨一無二的數據；具體怎麼做？在m_rate前面加上Static關鍵字就行了：

1 class SavingAccount
2 {
3 private:
4     char   m_name[40];//儲戶姓名
5     char   m_addr[60];//儲戶地址
6     double m_total;//賬戶金額
7     Static double m_rate;//利率（註意，這裡只是聲明，不是定義，未分配記憶體）
8 };

　　Static data members不屬於object的一部份，而是class的一部份，所以程式可以在還沒有生成任何object的時候就處理Static data members。但首先，你必須定義它（為它分配記憶體）。

你應該在.CPP文件中且在class以外的任何區域設定其初始值，例如在main（）之中，或在global function中，或任何函數之外：

1 double SavingAccount::m_rate = 0.0075; // 定義並設定初值
2 void main() // 不指定初值也可以
3 {
4 ...
5 }

　　請註意用詞上的嚴謹：上述“定義”動作常被誤以為是“初始化”動作。如果只是單純的初值設定動作，應該可以安排在class constructor中，但上一行絕對無法如此。此外，你也不應該把上述的定義安排於.H文件中，因為這麼一來它可能會被含入許多.CPP文件中，於是就重覆定義了（會發生連接錯誤）。

　　上述動作有沒有考慮m_rate是private數據呢？沒有關係，定義static data members,不受任何封裝層級的約束。請註意上述動作也指出static data members的類型，因為這是一個定義動作，不是一個數值指定動作，如果沒有做這個動作，m_rate就沒有獲得記憶體，會發生異常錯誤：

error LNK2001: unresolved external symbol "private: static double
SavingAccount::m_rate"(?m_rate@SavingAccount@@2HA)

　　下麵是存取static data members的一種方式，註意：此時還沒有任何object存在：

1 void main()
2 {
3 SavingAccount::m_rate = 0.0072; // 此行要成立，m_rate 需改為public
4 }

 　　第二種方式是產生一個object後，透過object來處理static data members：

1 void main()
2 {
3 SavingAccount myAccount;
4 myAccount.m_rate = 0.0072; // 此行要成立，m_rate 需改為 public
5 }

　　請註意，static data members並不是因為myAccount object的實現而才得以實現，它本來就存在。因此第一種的處理方式不容易給人錯誤印象；

2. Static Menber Functions（靜態成員函數）

　　既然static data members 是超越於object之外存在的，一般的member functions能否處理它呢？要知道，，member function得經由某個object才能調用，該object地址則成為所謂的this指針，但由於static data members並不需要靠this指針的指引來決定其地址，所以其實任何函數（包含global函數），只要access level允許，都可以處理static data members。

　　但member function得經由某個object才能調用，如果你在尚未產生任何object之前，就希望透過某個member function來更我以為前例的static m_rate,而它又是private(以至於不能被global函數處理）那麼一定要寫個static member function了：

 1 class SavingAccount
 2 {
 3 private:
 4     char   m_name[40];//儲戶姓名
 5     char   m_addr[60];//儲戶地址
 6     double m_total;//賬戶金額
 7     Static double m_rate;//利率（註意，這裡只是聲明，未分配記憶體）
 8 public:
 9     static void setRate(double newRate){m_rate=newRate;}
10 };
11 
12 double SavingAccount::m_rate=0.0072; //設初值
13 
14 int main()
15 {
16     SavingAccount myAccount;
17     //可以透過object調用static member functions
18     myAccount.setRate(0.0072);
19     //也可以直接調用static memberfunction
20     SavingAccount::setRate(0.0072);
21     
22     return 0;
23 }

　　由於static member functions 不需要任何object的存就可以被調用，所以編譯器不會為它暗加一個this指針。也因為如此，static member function無法處理任何non-static data members，因為member function之所以能夠以單一一份函數代碼處理各個object的數據而不亂，完全靠的是this指針。

3. Static Object Members（靜態對象成員）

　　Object members應該被視為和一般的data members 樣地位，只不過它是class類型，而一般data members是內建類型。當它冠上static，表示它所寄生的class一旦聲明完成（未產生object），並且對static members做了初始化動作，這個static object member就已經在記憶體中有了實體。例如：

　　

 1 class Point3d
 2 { public:
 3 // ...
 4 public: // (protected: is better)
 5 static Point3d origin;
 6 float x, y, z;
 7 };
 8 Point3d Point3d::origin; // 別忘了這個動作（其實就是實體配置）
 9 
10 int main()
11 {
12     printf("&Point3d::x = %p\n", &Point3d::x); // 00000004
13     printf("&Point3d::y = %p\n", &Point3d::y); // 00000008
14     printf("&Point3d::z = %p\n", &Point3d::z); // 0000000C
15     printf("&Point3d::origin = %p\n", &Point3d::origin); // 0040A450
16     printf("&Point3d::origin.x = %p\n", &Point3d::origin.x); // 0040A454
17     printf("&Point3d::origin.y = %p\n", &Point3d::origin.y); // 0040A458
18     printf("&Point3d::origin.z = %p\n", &Point3d::origin.z); // 0040A45C
19     Point3d pt3d;
20     cout << "&pt3d.x = " << &pt3d.x << endl;
21     cout << "&pt3d.y = " << &pt3d.y << endl;
22     // 0x0063FDEC
23     // 0x0063FDF0
24     cout << "&pt3d.z = " << &pt3d.z << endl; // 0x0063FDF4
25     
26 }

4. Static Objects（靜態對象）

　　static 關鍵字也可以應用在object身上，像這樣：

static CPoint aPoint(3.6);

　　aPoint於是就成為一個static object，這個object的生命將持續到整個程式結束為止。

 


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