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C++类的定义和对象的创建详解

类和对象是 C++ 的重要特性,它们使得 C++ 成为面向对象的编程语言,可以用来开发中大型项目,本节重点讲解类和对象的语法,如果你对它们的概念还不了解,请先阅读《C++类和对象到底是什么意思》。

类是创建对象的模板,一个类可以创建多个对象,每个对象都是类类型的一个变量;创建对象的过程也叫类的实例化。每个对象都是类的一个具体实例(Instance),拥有类的成员变量和成员函数。
有些教程将类的成员变量称为类的属性(Property),将类的成员函数称为类的方法(Method)。在面向对象的编程语言中,经常把函数(Function)称为方法(Method)。
与结构体一样,类只是一种复杂数据类型的声明,不占用内存空间。而对象是类这种数据类型的一个变量,或者说是通过类这种数据类型创建出来的一份实实在在的数据,所以占用内存空间。

类的定义

类是用户自定义的类型,如果程序中要用到类,必须提前说明,或者使用已存在的类(别人写好的类、标准库中的类等),C++语法本身并不提供现成的类的名称、结构和内容。

一个简单的类的定义:
class Student{
public:
    //成员变量
    char *name;
    int age;
    float score;

    //成员函数
    void say(){
        cout<<name<<"的年龄是"<<age<<",成绩是"<<score<<endl;
    }
};
class是 C++ 中新增的关键字,专门用来定义类。Student是类的名称;类名的首字母一般大写,以和其他的标识符区分开。{ }内部是类所包含的成员变量和成员函数,它们统称为类的成员(Member);由{ }包围起来的部分有时也称为类体,和函数体的概念类似。public也是 C++ 的新增关键字,它只能用在类的定义中,表示类的成员变量或成员函数具有“公开”的访问权限,初学者请先忽略该关键字,我们将在《C++类成员的访问权限以及类的封装》中讲解。
注意在类定义的最后有一个分号;,它是类定义的一部分,表示类定义结束了,不能省略。
整体上讲,上面的代码创建了一个 Student 类,它包含了 3 个成员变量和 1 个成员函数。

类只是一个模板(Template),编译后不占用内存空间,所以在定义类时不能对成员变量进行初始化,因为没有地方存储数据。只有在创建对象以后才会给成员变量分配内存,这个时候就可以赋值了。

类可以理解为一种新的数据类型,该数据类型的名称是 Student。与 char、int、float 等基本数据类型不同的是,Student 是一种复杂数据类型,可以包含基本类型,而且还有很多基本类型中没有的特性,以后大家会见到。

创建对象

有了 Student 类后,就可以通过它来创建对象了,例如:
Student liLei;  //创建对象
Student是类名,liLei是对象名。这和使用基本类型定义变量的形式类似:
int a;  //定义整型变量
从这个角度考虑,我们可以把 Student 看做一种新的数据类型,把 liLei 看做一个变量。

在创建对象时,class 关键字可要可不要,但是出于习惯我们通常会省略掉 class 关键字,例如:
class Student LiLei;  //正确
Student LiLei;  //同样正确
除了创建单个对象,还可以创建对象数组:
Student allStu[100];
该语句创建了一个 allStu 数组,它拥有100个元素,每个元素都是 Student 类型的对象。

访问类的成员

创建对象以后,可以使用点号.来访问成员变量和成员函数,这和通过结构体变量来访问它的成员类似,如下所示:
#include <iostream>
using namespace std;

//类通常定义在函数外面
class Student{
public:
    //类包含的变量
    char *name;
    int age;
    float score;
    //类包含的函数
    void say(){
        cout<<name<<"的年龄是"<<age<<",成绩是"<<score<<endl;
    }
};

int main(){
    //创建对象
    Student stu;
    stu.name = "小明";
    stu.age = 15;
    stu.score = 92.5f;
    stu.say();

    return 0;
}
运行结果:
小明的年龄是15,成绩是92.5

stu 是一个对象,占用内存空间,可以对它的成员变量赋值,也可以读取它的成员变量。

类通常定义在函数外面,当然也可以定义在函数内部,不过很少这样使用。

使用对象指针

C语言中经典的指针在 C++ 中仍然广泛使用,尤其是指向对象的指针,没有它就不能实现某些功能。

上面代码中创建的对象 stu 在栈上分配内存,需要使用&获取它的地址,例如:
Student stu;
Student *pStu = &stu;
pStu 是一个指针,它指向 Student 类型的数据,也就是通过 Student 创建出来的对象。

当然,你也可以在堆上创建对象,这个时候就需要使用前面讲到的new关键字(C++ new和delete运算符简介),例如:
Student *pStu = new Student;
在栈上创建出来的对象都有一个名字,比如 stu,使用指针指向它不是必须的。但是通过 new 创建出来的对象就不一样了,它在堆上分配内存,没有名字,只能得到一个指向它的指针,所以必须使用一个指针变量来接收这个指针,否则以后再也无法找到这个对象了,更没有办法使用它。也就是说,使用 new 在堆上创建出来的对象是匿名的,没法直接使用,必须要用一个指针指向它,再借助指针来访问它的成员变量或成员函数。

栈内存是程序自动管理的,不能使用 delete 删除在栈上创建的对象;堆内存由程序员管理,对象使用完毕后可以通过 delete 删除。在实际开发中,new 和 delete 往往成对出现,以保证及时删除不再使用的对象,防止无用内存堆积。
栈(Stack)和堆(Heap)是 C/C++ 程序员必须要了解的两个概念,我们已在《C语言内存精讲》专题中进行了深入讲解,相信你必将有所顿悟。
有了对象指针后,可以通过箭头->来访问对象的成员变量和成员函数,这和通过结构体指针来访问它的成员类似,请看下面的示例:
pStu -> name = "小明";
pStu -> age = 15;
pStu -> score = 92.5f;
pStu -> say();
下面是一个完整的例子:
#include <iostream>
using namespace std;

class Student{
public:
    char *name;
    int age;
    float score;

    void say(){
        cout<<name<<"的年龄是"<<age<<",成绩是"<<score<<endl;
    }
};

int main(){
    Student *pStu = new Student;
    pStu -> name = "小明";
    pStu -> age = 15;
    pStu -> score = 92.5f;
    pStu -> say();
    delete pStu;  //删除对象

    return 0;
}
运行结果:
小明的年龄是15,成绩是92.5

虽然在一般的程序中无视垃圾内存影响不大,但记得 delete 掉不再使用的对象依然是一种良好的编程习惯。

总结

本节重点讲解了两种创建对象的方式:一种是在栈上创建,形式和定义普通变量类似;另外一种是在堆上使用 new 关键字创建,必须要用一个指针指向它,读者要记得 delete 掉不再使用的对象。

通过对象名字访问成员使用点号.,通过对象指针访问成员使用箭头->,这和结构体非常类似。

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