[CPP] Object Based Class
前言
几年前接触到一款很好玩的RPG游戏,叫作CPP。最近想着怀念一下,又不想干巴巴地去玩。于是乎,我打算写几篇攻略,主要是记录一下游戏中一些奇妙的点。游戏的第一章是面向对象程序设计,其中又分为基于对象(object-based)的关卡和面向对象(object-oriented)的关卡,而基于对象的关卡中又有两个BOSS,一个是无指针的类,另一个是有指针的类。今天就写写第一关基于对象的无指针的类吧。
基于对象的无指针类
首先介绍一个complex类,这个类是从标准库中提出出来的,有着大佬们的气息。source code
class complex {
public:
complex (double r = 0, double i = 0) : re(r), im(i) {}
complex& operator += (const complex&);
complex& operator -= (const complex&);
complex& operator *= (const complex&);
complex& operator /= (const complex&);
double real() const { return re; }
double imag() const { return im; }
private:
double re, im;
friend complex& __doapl(complex *, const complex&);
friend complex& __doami(complex *, const complex&);
friend complex& __doaml(complex *, const complex&);
};
现在我们可以倒过来看,想想怎么设计一个表示复数的类呢?
首先,复数有实部和虚部,那么我们的类里一定有两个变量,我们先不考虑模版类,那么就是:
private:
double re, im;
想想如果不加上private可以吗?当然可以了,只是这样干也太懒了,太随意了,我好不容易弄出一个class,你在哪里都可以直接访问我的数据,还不如直接用回C的struct,怎么能这么干呢!这不符合封装的设计艺术,也不符合大佬的作风。private必须加!
接下来,一个类当然要有构造函数了。那么干脆直接不写了,直接使用默认构造函数吧!其实也不是不行,不过让人感觉很蠢,因为你怎么设值呢?当然也可以弄一些setter函数,不过也不够优雅。我们的使用者应该可以换不同的姿势来创建对象,比如:
complex c1;
complex c2(1);
complex c3(1,2);
complex *p = new complex();
这样一来,我们的构造函数这样设计:
public:
complex (double r = 0, double i = 0) : re(r), im(i) {}
我们的给实参写上默认值0,一个构造函数就可以应对上面4种写法。不过,我们为什么使用: re(r), im(i)
这样奇怪的写法?而不是在函数题内直接赋值,
{
this->re = r;
this->im = i;
}
这样不是更清晰吗,清晰的代码不好吗?其实也可以,不过这样不够逼格!你可知道变量的生死是怎样的吗?变量需要经历两个阶段,首先初始化,其次赋值。而我们奇怪的初始化列表(initialization list)的写法,就让我们直接初始化就完事!效率UPUP!
有了成员变量,我们接下来应该考虑怎么让其他人来访问我的数据呢?当让是写getter了!
public:
double real() const { return re; }
double imag() const { return im; }
等等,函数名后面那个const是什么鬼!大佬们在写这个函数的时候,考虑到这个函数不会修改本身的数据,以及使用者会这样写:
const complex c4(1,2);
cout << c4.real() << " " << c4.imag() << endl;
这样一来,万一我们把函数名之后的const删掉了,编译器会认为你的函数可能会修改数据,因此就会报错,而使用者就会对你破口大骂!千万别这么干。。。
接下来,我们拿出中学数学课本,查了一下复数有四则运算,那么使用者可以这么用:
cout << c1+c2 << endl;
cout << c1-c2 << endl;
cout << c1*c2 << endl;
cout << c1 / 2 << endl;
cout << (c1 += c2) << endl;
cout << (c1 == c2) << endl;
cout << (c1 != c2) << endl;
cout << +c2 << endl;
cout << -c2 << endl;
cout << (c2 - 2) << endl;
cout << (5 + c2) << endl;
聪明的你肯定立马反应到,操作符重载呗!没错,我们接下来就来看看操作符重载里有什么可以 dig dig!
public:
complex& operator += (const complex&);
complex& operator -= (const complex&);
complex& operator *= (const complex&);
complex& operator /= (const complex&);
注意到,我们是在类里面声明的操作符重载,那么可不可以在外面声明呢?其实也可以的,但是大佬们为什么这样写?
inline complex&
complex::operator += (const complex& r)
{
return __doapl (this, r);
}
inline complex&
__doapl (complex* ths, const complex& r)
{
ths->re += r.re;
ths->im += r.im;
return *ths;
}
设计一个函数,我们必须考虑参数和返回值,我们可能会这样使用操作符:
c1 += c2;
这时候应该有两个参数,c1和c2。实际上编译器处理到这里,会这样调用函数:
complex& complex::operator += (complex *this, const complex &r);
注意到,第一个参数this就是左边的c1,第二个是右边的c2,至于为什么使用const,我想你已经知道了。我们知道编译器会这样调用函数,但是我们写的时候可不能这样写,否则会被骂哭。
接下来考虑返回值,为什么我们有时用引用,有时候不使用引用呢?其实使用引用还是为了提高效率,就跟C语言里面传指针4个字节的速度一样,引用的速度和传指针一样快。而使用引用和指针都需要考虑,返回值是不是局部变量(local object),如果不是,好的,使用引用吧!
这下我们知道了写成类成员函数的原因,c1的this指针默认的传入重载函数,c2的数据加到c1上,再返回c1自己,于是乎,使用者可以这样来用:
c1 += c2 += c3;
你可能会对函数friend complex& __doapl(complex *, const complex&);
感到奇怪,这是个朋友,不过是我们单方面宣称的朋友。我们单方面认为他是我们的朋友,于是乎我们把他当自己人,朋友可以自由访问自己的私有数据。同样地,同一个类创建出来的对象互相都是自己人,自己人都可以访问自己的私有数据。
下面我们看一看声明在类外部的函数:
inline complex
operator + (const complex& x, const complex& y)
{
return complex (real (x) + real (y), imag (x) + imag (y));
}
这里我们的返回值变了,变成了complex,不是引用了。
complex (real (x) + real (y), imag (x) + imag (y));
这里我们函数里使用了临时对象,临时对象的生命在下一行代码就结束了。于是立即推出,不能使用引用,而直接创建一个临时对象,然后返回临时对象。注意到,临时对象的生命在下一行代码就结束了,返回值实际上就是一个临时对象,用过了,就死了。
最最最后,我们还可以花里胡哨地重载一下输出:
ostream&
operator << (ostream& os, const complex& x)
{
return os << '(' << real (x) << ',' << imag (x) << ')';
}
这里有几个问题,为什么这个函数定义在类外部呢?假如我们定义在类内部,那么使用者就该这么用:
c1 << cout;
emmmmmm...这一定会被喷死!那为什么我们的返回值不是void呢,返回void就行了啊?万一使用者这样使用:
cout << c1 << " love love";
第一个cout << c1
返回值是void,编译器报错,GG。那么第一个参数为什么不添加const呢?const ostream& os
当然不能这样干,因为return os << '(' << real (x) << ',' << imag (x) << ')';
已经修改了os的状态。
小问题
这里抛出一个问题,看看下面这个函数:
inline complex
operator + (const complex& x)
{
return x;
}
这个函数的意思是输出正的复数,比如:
cout << +c1;
你也许会有疑问,依照我们先看函数内是否使用了局部变量的原则,这里的返回值是可以使用引用的,而且应该使用引用。嗯,看起来确实如此,这是编写标准库的大佬们写出的代码,他们也会犯错,或者说也会写出不是最优的代码。当然了,这样的写法没有错,只是不是最优的写法,标准库并不是圣经,你可以去研究她,发现她的亮点和不足。
总结
设计类是最基本的技能,也是决定代码效率的关键一环,以下是我的认为设计类需要考虑的问题:
- 设计一个类,首先考虑有什么数据
- 考虑数据的类型,是public,还是private,还是friend
- 构造函数:是否有默认参数;有没有使用初始化列表
- 函数参数:首先考虑传引用;要不要加const;使用者会不会创建一个const的对象!
- 函数返回:是不是适合传引用?局部变量不适合传引用!
- 函数重载:使用者以不同的方式进行操作,比如double+complex complex+double
- cout重载:应该放在类外面,不适合做成员函数,因为没有人会倒着写
- this指针:调用成员函数都会隐藏的加上this指针,除了static
- static变量:必须在类的外面进行定义!类里面只是声明!声明没有内存!
第一篇攻略就先到这了,我们下次再见。
Reference
C++面向对象高级编程, 侯捷.
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