c++基础（六）

标识符的作用域与可见性

作用域是一个标识符在程序正文中有效的区域。
作用域分类

函数原型作用域
局部作用域(块作用域)
类作用域
文件作用域
命名空间作用域（详见第10章）

函数原形作用域

函数原型中的参数，其作用域始于"("，结束于")"。
函数原形作用域举例：double area(double radius);

局部作用域

函数的形参、在块中声明的标识符；
其作用域自声明处起，限于块中。
局部作用域举例

void fun(int a) {

int b = a;

cin >> b;

if (b > 0) {

int c;

......

}

类作用域

类的成员具有类作用域，其范围包括类体和非内联成员函数的函数体。
如果在类作用域以外访问类的成员，要通过类名（访问静态成员），或者该类的对象名、对象引用、对象指针（访问非静态成员）。

文件作用域

不在前述各个作用域中出现的声明，就具有文件作用域，这样声明的标识符其作用域开始于声明点，结束于文件尾。

可见性

可见性是从对标识符的引用的角度来谈的概念
可见性表示从内层作用域向外层作用域“看”时能看见什么。
如果标识在某处可见，就可以在该处引用此标识符。
如果某个标识符在外层中声明，且在内层中没有同一标识符的声明，则该标识符在内层可见。
对于两个嵌套的作用域，如果在内层作用域内声明了与外层作用域中同名的标识符，则外层作用域的标识符在内层不可见。

对象的生存期

静态生存期

这种生存期与程序的运行期相同。

在文件作用域中声明的对象具有这种生存期。
在函数内部声明静态生存期对象，要冠以关键字static 。

动态生存期

块作用域中声明的，没有用static修饰的对象是动态生存期的对象（习惯称局部生存期对象）。
开始于程序执行到声明点时，结束于命名该标识符的作用域结束处。

类的静态数据成员

用关键字static声明
为该类的所有对象共享，静态数据成员具有静态生存期。
必须在类外定义和初始化，用(::)来指明所属的类

案例：

#include <iostream>
using namespace std;
class Point {     //Point类定义
public:       //外部接口
    Point(int x = 0, int y = 0) : x(x), y(y) { //构造函数
        //在构造函数中对count累加，所有对象共同维护同一个count
        count++;
    }
    Point(Point &p) {    //复制构造函数
        x = p.x;
        y = p.y;
        count++;
    }
    ~Point() { count--; }
    int getX() { return x; }
    int getY() { return y; }
    void showCount() {           //输出静态数据成员
        cout << "  Object count = " << count << endl;
    }
private:      //私有数据成员
    int x, y;
    static int count;       //静态数据成员声明，用于记录点的个数
};
int Point::count = 0;//静态数据成员定义和初始化，使用类名限定
int main() {       //主函数
    Point a(4, 5);     //定义对象a，其构造函数回使count增1
    cout << "Point A: " << a.getX() << ", " << a.getY();
    a.showCount(); //输出对象个数
    Point b(a); //定义对象b，其构造函数回使count增1
    cout << "Point B: " << b.getX() << ", " << b.getY();
    b.showCount();       //输出对象个数
    return 0;
}

上面案例中，我们需要记录下point类的对象的数目，我们不可能将这个变量存放于类的私有成员中，因为这样只能通过对象取访问，并且每声明一个类的对象，这个数目就要增加1。因此，我们可以将其定义为类的静态成员变量，这个变量是为所有的类对象共有的。但是，这样也会存在一个问题：当没有定义类的对象时，我们能不能知道类对象的个数呢？如果要通过类的对象来访问这个变量的话，那么需要先声明一个对象,但是类的对象还没有被声明，如何解决这个问题呢？这就需要用到类的静态函数成员了。

类的静态函数成员

类外代码可以使用类名和作用域操作符来调用静态成员函数。
静态成员函数主要用于处理该类的静态数据成员（为什么？），可以直接调用静态成员函数。
如果访问非静态成员，要通过对象来访问。

将上面的程序稍作修改，如下：

#include <iostream>
using namespace std;
class Point {
public:
    Point(int x = 0, int y = 0) : x(x), y(y) { count++; }//构造函数
    Point(Point &p) {    //复制构造函数
        x = p.x;
        y = p.y;
        count++;
    }
    ~Point() { count--; }
    int getX() { return x; }
    int getY() { return y; }
    static void showCount() {
        cout << "  Object count = " << count << endl;
    }
private:
    int x, y;
    static int count;       //静态数据成员声明，用于记录点的个数
};
int Point::count = 0;//静态数据成员定义和初始化，使用类名限定
int main() {
    Point a(4, 5);     //定义对象a，其构造函数回使count增1
    cout << "Point A: " << a.getX() << ", " << a.getY();
    Point::showCount();       //输出对象个数
    Point b(a); //定义对象b，其构造函数回使count增1
    cout << "Point B: " << b.getX() << ", " << b.getY();
    Point::showCount();       //输出对象个数
    return 0;
}

我们在函数中增加了一个静态成员函数：showcount()，那么在访问类的静态成员变量时就可以不通过对象来访问，而是通过这个静态成员函数来访问，即使没有声明类的对象。但是静态成员函数不能直接访问对象的数据成员，而是要将对象传递给静态函数才可以访问。

类的友元

友元是C++提供的一种破坏数据封装和数据隐藏的机制。
通过将一个模块声明为另一个模块的友元，一个模块能够引用到另一个模块中本是被隐藏的信息。
可以使用友元函数和友元类。
为了确保数据的完整性，及数据封装与隐藏的原则，建议尽量不使用或少使用友元。

友元函数

友元函数是在类声明中由关键字friend修饰说明的非成员函数，在它的函数体中能够通过对象名访问 private 和protected成员
作用：增加灵活性，使程序员可以在封装和快速性方面做合理选择。
访问对象中的成员必须通过对象名，也就是必须将类的对象作为参数传递给函数，一般我们选择引用传递，因为这样程序的开销会更小，但是引用时数据是双向传递的，因此可以在传参数时设定为常引用，这样就不会允许函数对传递进来的参数做修改了，保证了数据的安全性。

友元类

若一个类为另一个类的友元，则此类的所有成员都能访问对方类的私有成员。
声明语法：将友元类名在另一个类中使用friend修饰说明。
类的友元关系是单向的：如果声明B类是A类的友元，B类的成员函数就可以访问A类的私有和保护数据，但A类的成员函数却不能访问B类的私有、保护数据。

共享数据的保护

对于既需要共享、又需要防止改变的数据应该声明为常类型（用const进行修饰）。
对于不改变对象状态的成员函数应该声明为常函数。

常类型

常对象：必须进行初始化,不能被更新。语法形式为：const 类名对象名
常成员：用const进行修饰的类成员，包括常数据成员和常函数成员
常引用：被引用的对象不能被更新。语法格式为：const 类型说明符 &引用名
常数组：数组元素不能被更新(详见第6章)。语法格式：类型说明符 const 数组名[大小]...
常指针：指向常量的指针(详见第6章)。
常对象：用const修饰的对象
常成员：用const修饰的对象成员。常成员包括常成员函数和常数据成员，使用const关键字说明的函数。常成员函数不更新对象的数据成员。常成员函数说明格式：类型说明符函数名（参数表）const；这里，const是函数类型的一个组成部分，因此在实现部分也要带const关键字。const关键字可以被用于参与对重载函数的区分；通过常对象只能调用它的常成员函数，非常对象也可以调用常成员函数，因此，如果在类中含有类似于显示数据成员这样功能的函数，可以将其定义为常函数，以确保数据成员的安全性。第二种常成员是常数据成员，它是使用const说明的数据成员。常数据成员可以在定义的时候初始化，这是在c++11标准中的新规定，也可以使用构造函数的初始化列表进行初始化，常数据成员不可以被改变。

常引用

如果在声明引用时用const修饰，被声明的引用就是常引用。
常引用所引用的对象不能被更新。
如果用常引用做形参，便不会意外地发生对实参的更改。常引用的声明形式如下：

const 类型说明符 &引用名;

多文件结构和编译预处理命令

C++程序的一般组织结构

一个工程可以划分为多个源文件：

1、类声明文件（.h文件）；

2、类实现文件（.cpp文件）；

3、类的使用文件（main()所在的.cpp文件）。

利用工程来组合各个文件。

外部变量

如果一个变量除了在定义它的源文件中可以使用外，还能被其它文件使用，那么就称这个变量是外部变量。

文件作用域中定义的变量，默认情况下都是外部变量，但在其它文件中如果需要使用这一变量，需要用extern关键字加以声明。

外部函数

在所有类之外声明的函数（也就是非成员函数），都是具有文件作用域的。这样的函数都可以在不同的编译单元中被调用，只要在调用之前进行引用性声明（即声明函数原型）即可。也可以在声明函数原型或定义函数时用extern修饰，其效果与不加修饰的默认状态是一样的。

将变量和函数限制在编译单元内

使用匿名的命名空间：在匿名命名空间中定义的变量和函数，都不会暴露给其它的编译单元。

namespace { //匿名的命名空间

int n;

void f() {

n++;

}

这里被“namespace { …… }”括起的区域都属于匿名的命名空间。

标准C++库：标准C++类库是一个极为灵活并可扩展的可重用软件模块的集合。标准C++类与组件在逻辑上分为6种类型：

输入/输出类

容器类与抽象数据类型

存储管理类

算法

错误处理

运行环境支持

编译预处理

#include 包含指令：将一个源文件嵌入到当前源文件中该点处。

#include<文件名>：按标准方式搜索，文件位于C++系统目录的include子目录下

#include"文件名"：首先在当前目录中搜索，若没有，再按标准方式搜索。

#define 宏定义指令：定义符号常量，很多情况下已被const定义语句取代。定义带参数宏，已被内联函数取代。

#undef：删除由#define定义的宏，使之不再起作用。

条件编译指令——#if 和 #endif

#if 常量表达式

//当“ 常量表达式”非零时编译

程序正文

#endif

......

条件编译指令——#else

#if 常量表达式

//当“ 常量表达式”非零时编译

程序正文1

#else

//当“ 常量表达式”为零时编译

程序正文2

#endif

条件编译指令——#elif

#if 常量表达式1

程序正文1 //当“ 常量表达式1”非零时编译

#elif 常量表达式2

程序正文2 //当“ 常量表达式2”非零时编译

#else

程序正文3 //其他情况下编译

#endif

条件编译指令

#ifdef 标识符

程序段1

#else

程序段2

#endif

如果“标识符”经#defined定义过，且未经undef删除，则编译程序段1；否则编译程序段2。

#ifndef 标识符

程序段1

#else

程序段2

#endif

如果“标识符”未被定义过，则编译程序段1；否则编译程序段2