C++基礎——類封裝簡單示例

一、前言

　　在IC前端設計/驗證領域，只會HDL遠遠不夠。目前大多數項目使用已開發好的系統架構和IP Core，因此設計部分的工作量慢慢向系統集成和驗證方向轉移。而在集成和驗證過程中，往往以各種腳本和麵向對象的高級語言為主要工具。SystemVerilog已成為主流驗證語言，相當於VerilogHDL與C++的結合體。故掌握C++基礎是十分必要的。

二、類封裝示例及解讀

　 本文以《C++ Primer Plus》書中的一個簡單的代碼示例，講講自己對類封裝的理解。出於練習、總結和記錄的目的。OOP設計思想中：萬物皆為某一類中的一個對象，類即為一群具有共性對象的抽象表示。每個類包含了數據成員和方法，成員是類包含的特性，而方法表示這一類的對象能完成哪些事情。以下示例描述的是股票這一類別。股票肯定包含股票數量和每股的價錢了。至於方法最起碼可以買、賣，變動價格吧。

　　一般將類聲明、方法定義分別放置在class_name.h和class_name.cpp文件中。這樣的做法正符合了“封裝”、“細節隱藏”的思想，讓應用程式無需關註實現細節，這一點與C語言一致。先來看看class_name.h文件中類聲明。

 1 #ifndef STOCK00_H_
 2 #define STOCK00_H_
 3 
 4 #include <string>
 5 
 6 class Stock
 7 {
 8 private:
 9     std::string m_company;
10     long m_shares;
11     double m_share_val;
12     double m_total_val;
13     void set_tot() {m_total_val = m_shares * m_share_val;}//內聯函數
14 public:
15     //two constructors
16     Stock();//default constructor
17     Stock(const std::string &co,long n = 0,double pr = 0.0);
18     //destructor
19     ~Stock();
20     void acquire(const std::string &co,long n,double pr);
21     void buy(long num,double price);
22     void sell(long num,double price);
23     void update(double price);
24     void show() const;//promises not to change invoking object
25     const Stock &topval(const Stock &s) const;
26 };
27 
28 #endif

 　　Stock類聲明中包含了兩個最常用的訪問控制關鍵字pritive和public。class與C語言中結構體類似，只不過結構體數據成員均為public。pritive部分只能通過共有成員函數訪問。m_company m_shares m_share_val和m_total_val分別代表公司名稱、股票數量、股票單價以及總價。其中set_tot()為定義在類聲明中的成員函數，稱之為內聯函數。該函數只能被公有成員函數調用。

　　公有成員函數acquaire buy sell update show和topval依次完成公司首次持股、買股票、賣股票、股價變動、顯示某公司股票信息以及尋找兩公司股票總價最高者的操作。有兩類比較特殊的函數：構造函數Stock()和析構函數~Stock()。前者負責類對象的初始化，析構函數則是逆向操作，用於對象銷毀時的清理工作，如釋放動態分配記憶體等。

　　類方法定義：

#include <iostream>
#include "stock00.h"

Stock::Stock()
{
    std::cout << "Default constructor called.\n";
    m_company = "no name";
    m_shares = 0;
    m_share_val = 0.0;
    m_total_val = 0.0;
}

Stock::Stock(const std::string &co,long n,double pr)
{
    std::cout << "Constructor using " << co << " called\n";
    m_company = co;

    if(n<0)
    {
        std::cout <<"Number of shares can't be negative;"
            << m_company << "shares set to 0.\n";
        m_shares = 0;
    }
    else
        m_shares = n;
    m_share_val = pr;
    set_tot();
}

Stock::~Stock()
{
    std::cout << "Bye, " << m_company << "!\n";
}

void Stock::acquire(const std::string &co,long n,double pr)
{
    m_company = co;
    if(n<0)
    {
        std::cout << "Number of shares can't be negative; "
                  << m_company << "shares set to 0.\n";
        m_shares = 0;
    }
    else
        m_shares = n;
    m_share_val = pr;
    set_tot();
}

void Stock::buy(long num, double price)
{
    if(num<0)
    {
        std::cout << "Number of shares purchased can't be negative."
                   << "Transcation is aborted.\n";
    }
    else
    {
        m_shares += num;
        m_share_val = price;
        set_tot();
    }
}

void Stock::sell(long num,double price)
{
    using std::cout;
    if(num < 0)
    {
        cout << "Number of shares sold can't be negative. "
             << "Transcation is aborted.\n";
    }
    else if(num > m_shares)
    {
        cout <<"You can't sell more than you have! "
             << "Transcation is aborted.\n";
    }
    else 
    {
        m_shares -=num;
        m_share_val = price;
        set_tot();
    }
}

void Stock::update(double price)
{
    m_share_val = price;
    set_tot();
}

void Stock::show() const
{
    std::cout << "Company: " << m_company << " Shares:  " << m_shares << '\n'
              << "share Price:$" << m_share_val << " total worth:$" << m_total_val<< std::endl;
}
//選擇總價最高的股票，返回該股票
const Stock & Stock::topval(const Stock &s) const
{
    if(s.m_total_val > m_total_val)
        return s;
    else
        return *this;
}

　　為了清晰看到構造和析構函數的隱式調用，使用cout列印相關信息。可以看到涉及到股價變動的操作時，均會調用set_tot()函數更新總股價。show()和topval()兩個函數後有“const”標識符，表明兩者是const成員函數。這種方式可以顯示告知編譯器：該函數不會改變傳輸實參。否則創建const類對象，且該對象調用show()函數時會報錯。topval函數中返回的this指針會指向用來調用成員函數對象。

三、應用程式及結果分析

　　應用程式代碼如下：

 1 #include <iostream>
 2 #include "stock00.h"
 3 
 4 const int STKS = 4;
 5 int main()
 6 {
 7     Stock stocks[STKS] = {//create object array of Stock class
 8         Stock("NanoSmart",12,20.0),
 9         Stock("Boffo Objects",200,2.0),
10         Stock("Monolithic Obelisks",130,3.25),
11         Stock("Fleep Enterprises",60,6.5)
12     };
13 
14     std::cout << "Stock holdings:\n";
15     int st;
16     for (st=0;st<STKS;st++)
17     {
18         stocks[st].show();//show informations
19     }
20 
21     //set top pointer to the first element
22     const Stock *top = &stocks[0];
23     for(st=1;st<STKS;st++)
24     {
25         top = &top ->topval(stocks[st]);
26     }
27     //now top points to the most valuable holding
28     std::cout <<"\nMost valuable holding:\n";
29     top->show();
30     return 0;
31 }

　　親切的main函數終於現身了！這裡首先創建了一個Stock類的對象組成的數據stocks。其每個元素使用了顯示方式調用構造函數。作為Stock類的對象stocks[0]-stock[3]自然可以調用類方法。之後stocks[st].show()處列印每隔公司的股票信息。接著找出總股價最高的公司，並顯示信息信息。由於topval()函數僅能兩兩比較，故利用for迴圈找出最大者。精華都在這一句：top = &top ->topval(stocks[st]); 意思是：Stock類的指針top指向的Stock類對象與實參對象中總股價最大者的地址更新top。（確實有點繞）

　　最後看看列印結果：

　　列印結果表明，topval()函數成功索引到總股價最高的公司：Monolithic Obelisks。top->show()函數列印出其詳細信息。最後列印了類對象數組元素對應的bye信息，證明析構函數被隱式調用。後續會在軟體_腳本專欄中繼續講述C++基礎示例、Linux Shell腳本等相關內容。