類

類是面向對象程序設計中的概念，是面向對象編程的基礎。

類的實質是 一種數據類型，類似於int、char等基本類型，不同的是它是一種複雜的數據類型。因為它的本質是類型，而不是數據，所以不存在於內存中，不能被直接操作，只有被實例化為對象時，才會變得可操作。

類是 對現實生活中一類具有共同特徵的事物的抽象。如果一個程序里提供的類型與應用中的概念有直接的對應，這個程序就會更容易理解，也更容易修改。一組經過很好選擇的用戶定義的類會使程序更簡潔。此外，它還能使各種形式的代碼分析更容易進行。特別地，它還會使編譯器有可能檢查對象的非法使用。

類的內部封裝了方法，用於操作自身的成員。類是對某種對象的定義，具有行為(be-havior)，它描述一個對象能夠做什麼以及做的方法(method)，它們是可以對這個對象進行操作的程序和過程。它包含有關對象行為方式的信息，包括它的名稱、方法、屬性和事件。

類的構成包括數據成員和成員函數。數據成員對應類的屬性，類的數據成員也是一種數據類型，並不需要分配內存。成員函數則用於操作類的各項屬性，是一個類具有的特有的操作，比如“學生”可以“上課”，而“水果”則不能。類和外界發生交互的操作稱為介面。

定義一個類

● ● 公有成員、私有成員、保護成員均包含數據成員和成員函數兩部分，彼此沒有順序之分。一個public/private/protected關鍵字下可以跟多個成員，直到下一個public/private/protected關鍵字。如果成員前面沒有public/private/protected關鍵字，默認為私有成員。

● ● 結尾部分的分號必不可少，否則會發生語法錯誤。

● ● 無論公有成員、私有成員還是保護成員，彼此之間都可以訪問。比如公有的成員函數可以操作保護的數據成員，也可以調用私有的成員函數。

● ● 類的數據成員是類型，所以不能被賦值，聲明數據成員和聲明普通變數的格式相同，比如“int n;”。

成員函數的實現

成員函數可以在類內實現，也可以在類外實現。內部實現的成員函數被默認為加上了inline；外部實現的成員函數必須加上域操作符，即“類名::成員函數”。

構造函數與析構函數

構造函數和析構函數是特殊的成員函數，和普通成員函數不同的地方在於：

● ● 函數名固定

● ● 構造函數和析構函數的函數名必須是類名。

● ● 聲明格式不同

● ● 構造函數和析構函數沒有返回值，連空返回值——void也沒有。

● ● 構造函數的聲明形式：類名(參數列表);

● ● 析構函數的聲明形式：~類名();

● ● 重載的特殊性

● ● 構造函數和普通成員函數一樣可以被重載，析構函數不可以重載，只能是空參數。

● ● 調用過程不同

● ● 構造函數和析構函數不能被顯式地調用，只能由編譯器自動調用。

構造函數用於創建類的對象，任何創建對象的行為，都會導致構造函數被調用。析構函數和構造函數的功能相反，析構函數用於銷毀對象，當類的對象超出作用域被銷毀時，析構函數被調用。

即使顯式地定義構造函數和析構函數，也還是會有默認的構造函數和析構函數，函數內部無任何語句，不執行任何操作。默認構造函數是無參數的。需要注意的是，一旦顯式定義任意形參的構造函數，默認構造函數都不會生成，即只有沒有定義構造函數的類才存在默認構造函數。

一般情況下，默認的構造函數和析構函數可以滿足功能需要，然而當需要重載構造函數，或是需要動態分配資源的時候，就不得不定義自己的構造函數甚至析構函數了。

拷貝構造函數是特殊的構造函數，在複製對象時被調用，定義的格式為“類名(類名& 參數名)”。拷貝構造函數也存在默認的，但很多情況下都需要重載。

類的實例化

就像聲明某種類型的變數一樣，聲明一個類類型的對象，就是類的實例化，會涉及到必要的內存分配。

不同語言中類的實例化形式是不同的。

● ● C++

● ● 類名 對象名(參數列表);

● ● 如果沒有參數，括弧必須省略，即“類名 對象名;”，自動調用構造函數。特殊地，參數可以是類的對象，此時會自動調用拷貝構造函數。

● ● Java/C#

● ● 類名 對象名 = new 類名(參數列表);

● ● 括弧不能省略。

對象可以訪問類的成員，但並不是所有成員都可以被訪問，能否訪問取決於聲明該成員時所用的關鍵字（public/protected/private）。具體規則如下：

● ● 類的公有成員可以被該類，其派生類和類實例化的對象訪問。

● ● 類的保護成員可以被該類及其派生類訪問，不可以被該類的對象訪問。

● ● 類的私有成員可以被該類訪問，不可以被派生類及其該類的對象訪問。

派生與繼承

● ● 子類即是繼承而來的類，父類即是被繼承的類，或者稱之為基類。

● ● public修飾的為公有繼承，private修飾的為私有繼承，protected修飾的為保護繼承。

● ● 父類可以只有一個，也可以有多個。只有一個父類稱為單繼承，多個父類稱為多繼承。C++支持多繼承的機制，Java則只具有單繼承功能，並增加了“介面”的概念，一個類可以實現多個介面。

● ● 如果不標明繼承方式，默認為私有繼承。

派生和繼承是類的重要特性，繼承是由抽象到具體的體現。通過繼承，子類可以使用父類的成員。

但要注意的是，派生和繼承在帶來方便的同時，也會使類與類之間的關係變得複雜，尤其是涉及到私有繼承和保護繼承時，類中成員的關係可能會變得難以理解。所以在涉及類時，盡量避免過多層次的繼承，私有繼承和保護繼承的使用也要慎重。

繼承來的成員和自身聲明的成員並無本質區別，也有公有成員、私有成員、保護成員之分。繼承時，父類中成員類型（公有成員/私有成員/保護成員）和繼承方式（公有繼承/私有繼承/保護繼承）不同，情況不同。可以歸納為：

三種類型的繼承，父類的成員均被子類繼承（之前的百科關於這點的描述是錯誤的），只是由類實例化的對象對其繼承的成員的訪問許可權會有所變化。三種不同方式的繼承，描述的是子類實例化對象對其成員的訪問許可權，並非是描述子類時，子類對繼承自父類的成員的訪問許可權。

● ● 公有繼承

● ● 繼承自父類的成員保持不變。

● ● 私有繼承

● ● 繼承自父類的成員全部變為私有成員。

● ● 保護繼承

● ● 繼承自父類的公有成員變為保護成員，其餘不變。

操作符重載

操作符重載必須在類中進行，重載操作符可以使操作符對在類中的語義發生變化。除了. ，.* ，：： ，? : 、sizeof、typeid這幾個運算符不能重載之外，大部分運算符都能被重載。但要注意，重載操作符並不能改變操作符的優先順序和結合律，而且從認知規律上講，重載的操作符功能必須與原意相近，否則很難被人理解。

操作符重載是函數，在使用該操作符時被調用。操作符重載函數的聲明形式：返回值 operator操作符(參數列表);

友元

友元可以是函數，被稱為友元函數；也可以是類，被稱為友元類。

通常，類中的私有成員只能被自身使用，無法被它的對象訪問。因此，另一個類即便可以使用該類的對象，也無法訪問該類的私有成員，通過定義友元的方法可以做到這一點。

友元就是在一個類中“再次聲明”另一個類的成員函數或是另一個類，被“再次聲明”的成員函數或類可以訪問該類的私有成員。這種“再次聲明”並不是普通的聲明，格式為：friend 函數/類名;

顯然，友元會破壞類的封裝性，使本該隱藏的成員暴露出來，因此應當謹慎使用。

組合

繼承可以描述“交通工具”和“公交車”的關係，卻無法描述“公交車”和“車輪”的關係。

● ● 大多數“車輪”具有的特性是“公交車”所不具有的。比如說“車輪”具有“重量”，而“公交車”的“重量”則是另一個含義。而通過私有成員、保護成員機制控制這些成員的繼承性，會使繼承變得複雜而難以理解。而且

● ● 繼承來的數據成員只有一個，而一輛“公交車”卻有四個“車輪”，四個“車輪”的“重量”。

引入組合的概念，“公交車”完全可以由“車輪”、“方向盤”、“車身”等類組合而來。方法就是將類當成其他的數據類型一樣，在另一個類中定義該類類型的數據成員。

並不是所有種類的事物都可以被實例化，換而言之，有的種類只是一種抽象概念，現實中並沒有實際存在的對應物。比如：假設所有的動物都會叫，我們可以定義一個類——“動物”，定義類中的一個成員函數——“叫”，我們知道貓的叫聲，也知道狗的叫聲，然而“動物”是如何“叫”的？——我們根本無法實現它。所以，我們引入了抽象類的概念，抽象類是無法被實例化的，無法聲明抽象類的對象。

通常，用 abstract 修飾的類是抽象類；C++中包含純虛函數的類是抽象類；Java中含有抽象方法的類是抽象類；繼承了純虛函數而沒有實現它的類也是抽象類。

抽象類只能被用作基類，作用體現在：

● ● 約束派生類必須實現的成員函數或方法。

● ● 不同派生類中同名的成員函數實現不同，體現了多態性。

靜態成員

用static修飾的成員是靜態成員，可以是成員函數或數據成員。靜態成員是所有對象共有的，只分配一次內存，產生新的對象時不會產生副本。

靜態數據成員的初始化必須在類外進行，使用靜態成員時必須使用類名和域操作符。

類的三大特性

1.封裝性

將數據和操作封裝為一個有機的整體，由於類中私有成員都是隱藏的，只向外部提供有限的介面，所以能夠保證內部的高內聚性和與外部的低耦合性。用者不必了解具體的實現細節，而只是要通過外部介面，以特定的訪問許可權來使用類的成員，能夠增強安全性和簡化編程。

2.繼承性

繼承性更符合認知規律，使程序更易於理解，同時節省不必要的重複代碼。

3.多態性

同一操作作用於不同對象，可以有不同的解釋，產生不同的執行結果。在運行時，可以通過指向基類的指針，來調用實現派生類中的方法。

與結構體的區別

在C++、C#語言中，class和struct都可以定義一個類，它們的區別如下：

1.C#中，class是引用類型，繼承自System.Object類；struct是值類型，繼承自System.ValueType類，不具多態性。但是注意，System.ValueType是個引用類型。

2.從職能觀點來看，class表現為行為；而struct常用於存儲數據。

3.class支持繼承，可以繼承自類和介面；而struct沒有繼承性，struct不能從class繼承，也不能作為class的基類，但struct支持介面繼承。

4.class可以聲明無參構造函數，可以聲明析構函數；而struct只能聲明帶參數構造函數，且不能聲明析構函數。因此，struct沒有自定義的默認無參構造函數，默認無參構造器只是簡單地把所有值初始化為它們的0等價值。

5.Java/C#中，實例化時，class要使用new關鍵字；而struct可以不使用new關鍵字，如果不以new來實例化struct，則其所有的欄位將處於未分配狀態，直到所有欄位完成初始化，否則引用未賦值的欄位會導致編譯錯誤。

6.class可以實現抽象類（abstract），可以聲明抽象函數；而struct為抽象，也不能聲明抽象函數。

7.class可以聲明protected成員、virtual成員、sealed成員和override成員；而struct不可以，但是值得注意的是，struct可以重載System.Object的3個虛方法，Equals()、ToString()和 GetHashTable()。

8.class的對象複製分為淺拷貝和深拷貝，必須經過特別的方法來完成複製；而struct創建的對象複製簡單，可以直接以等號連接即可。

9.class實例由垃圾回收機制來保證內存的回收處理；而struct變數使用完后立即自動解除內存分配。

10.作為參數傳遞時，class變數是以按址方式傳遞；而struct變數是以按值方式傳遞的。

我們可以簡單的理解，class是一個可以動的機器，有行為，有多態，有繼承；而struct就是個零件箱，組合了不同結構的零件。其實，class和struct最本質的區別就在於class是引用類型，內存分配於託管堆；而struct是值類型，內存分配於線程的堆棧上。由此差異，導致了上述所有的不同點。所以只有深刻的理解內存分配的相關內容，才能更好的駕馭。

當然，使用class基本可以替代struct的任何場合，class後來居上。雖然在某些方面struct有性能方面的優勢，但是在面向對象編程里，基本是class橫行的天下。

那麼，有人不免會提出，既然class幾乎可以完全替代struct來實現所有的功能，那麼struct還有存在的必要嗎？答案是，至少在以下情況下，鑒於性能上的考慮，我們應該考慮使用struct來代替class：

1.實現一個主要用於存儲數據的結構時，可以考慮struct。

2.struct變數佔有堆棧的空間，因此只適用於數據量相對小的場合。

3.struct數組具有更高的效率。

類的復用