C++程序设计 —— 实验一：类与对象_c++类和对象实验体会

目录

一、类和对象

二、构造函数

三、析构函数

四、运算符重载

五、友元函数

六、实验结果

七、实验总结

---

 一、类和对象

1、类的定义：

        在C++中, 用 "类" 来描述 "对象"，所谓的"对象"是指现实世界中的一切事物。那么类就可以看做是对相似事物的抽象，找到这些不同事物间的共同点，如自行车和汽车，首先他们都属于"对象"， 并且具有一定得相同点，和一些不同点, 相同点如他们都有质量、都有轮子, 都是属于交通工具等。"都有质量"、"两个轮子"属于这个对象的属性, 而"都能够当做交通工具"属于该对象具有的行为, 也称方法。

        在面向对象的程序设计语言中，程序模块是类构成的。类是对逻辑上相关的函数与数据的封装，它是对问题的抽象描述。以我们平常熟知的矩阵为例，矩阵属于对象，要定义一个矩阵类，矩阵需要横坐标和纵坐标，以及矩阵内的值。

用C++语言定义一个矩阵类，如下所示：

// 举一个例子
class CMatrix{
public:
    void Set(int nRow, int nCol, double dVale);  //set方法，修改矩阵
    void Show();                                 //get方法，输出展示矩阵
private: 
    int m_nRow;       //行，横坐标
    int m_nCol;       //列，纵坐标  
    double *m_pData;  //矩阵数据值
};

        这里，封装了矩阵的数据和行为，分别是称为CMatrix类的数据成员和函数成员。public是公有类型，private是私有类型，除了这两个之外，还有protected保护类型。

• public公有类型：公有类型成员定义了类的外部接口。共有成员用public关键字声明，在类外只能访问类的公有成员。对于类，从外部只能调用set()和show()这里两个公共类型的函数成员来改变或观察矩阵。
• private私有类型：private后面声明的就是类的私有成员。如果私有成员紧接着类名称，则关键字可以省略。私有成员只能被本类的成员函数访问，来自类外部的任何访问都是非法的。对于CMatrix类，m_nRow、m_nCol、m_pData都是私有成员。
• protected保护类型：保护类型成员的性质和私有成员性质相似，其差别在于继承过程中对产生的新类影响不同。

2、对象

  ①声明对象

  如下声明了一个矩阵类型的对象myMatrix：

// 类名  对象名;
CMatrix myMatrix;

  ②访问对象成员

// 对象名.数据成员名
 myMatrix.show();

3、完整定义矩阵类: CMtrix.cpp

class CMatrix{
public:
 
    // 构造函数
    CMatrix();
    CMatrix(int nRow, int nCol, double *pData = NULL);
    CMatrix(const CMatrix& m);
    CMatrix(const char * strPath);
    
    //析构函数
    ~CMatrix();
    void release();
    
    //初始化
    bool Create(int nRow, int nCol, double *pData = NULL);
    void Set(int nRow, int nCol, double dVale);
    
 
    //运算符重载
    CMatrix& operator+(const CMatrix& m);
    CMatrix& operator-(const CMatrix& m);
    CMatrix& operator+=(const CMatrix& m);
    CMatrix& operator-=(const CMatrix& m);
    CMatrix& operator=(const CMatrix& m);
    double& operator[](int nIndex){
        return m_pData[nIndex];
    }
 
    double& operator()(int nRow,int nCol){
        return m_pData[nRow*nCol + nCol];
    }
    bool operator ==(const CMatrix& m);
    bool operator !=(const CMatrix& m);
    bool operator >(const CMatrix& m);
    bool operator <(const CMatrix& m);
    operator double();
 
    // 友元函数
    friend istream& operator>>(istream& is,CMatrix& m);//全局函数
    friend ostream& operator<<(ostream& os,const CMatrix& m);
 
private:
    int m_nRow;
    int m_nCol;
    double *m_pData;
};
CMatrix operator+(const CMatrix& m1,const CMatrix& m2);
inline void CMatrix::Set(int nRow, int nCol, double dVale){
    m_pData[nRow*m_nCol + nCol] = dVale;
}

二、构造函数

1、默认构造函数：不带参数的构造函数

// 方法一
CMatrix::CMatrix():m_nRow(0),m_nCol(0),m_pData(NULL){}
 
// 方法二
CMatrix::CMatrix(){
    m_nRow = 0;
    m_nCol = 0;
    *m_pData = NULL;    //设为空，避免运行出错
}

2、委托构造函数：带行、列及数据指针等参数的构造函数,并且参数带默认值

// 方法一
CMatrix::CMatrix(int nRow, int nCol, double *pData):m_pData(NULL){
    m_nRow = nRow;
    m_nCol = nCol;
    memcpy(m_pData,pData,nRow*nCol*sizeof(double));
}
 
// 方法二
CMatrix::CMatrix(int nRow, int nCol, double *pData):m_pData(NULL){
    Create(nRow, nCol, pData);
}

3、带文件路径参数的构造函数

CMatrix::CMatrix(const char * strPath){
    m_pData = NULL;
    m_nRow = m_nCol = 0;
    ifstream cin(strPath);
    cin >> *this; 
}

4、拷贝构造函数

// 方法一
CMatrix::CMatrix(const CMatrix& m):CMatrix(m.m_nRow, m.m_nCol, m.m_pData){
      m_nRow = m.m_nRow;
      m_nCol = m.m_nCol;
      memcpy(m_pData,m.m_pData,m.m_nRow*m.m_nCol*sizeof(double));
}
 
// 方法二
CMatrix::CMatrix(const CMatrix& m):CMatrix(m.m_nRow, m.m_nCol, m.m_pData){      
    m.m_pData = NULL;    
    *this = m;
}

5、列表初始化成员变量：CMatrix(): m_nRow(0), m_nCol(0), m_pData(NULL)

CMatrix::CMatrix():m_nRow(0), m_nCol(0), m_pData(NULL){}

6、bool Create(int nRow, int nCol, double *pData=NULL): 先删除原有空间，根据传入行列创建空间，如果pData不为空要将pData的内容拷贝到m_pData中

// 创建数据函数
bool CMatrix::Create(int nRow, int nCol, double *pData){
    release();    
    m_nRow = nRow;
    m_nCol = nCol;
    m_pData = new double[nRow*nCol];
    if(pData != NULL and m_pData != NULL){  //m_pData不为空，即分配了空间内存
        memcpy(m_pData,pData,nRow*nCol*sizeof(double));
        return true;
    }
    return false;
}

三、析构函数

       与构造函数相反，当对象结束其生命周期，如对象所在的函数已调用完毕时，系统会自动执行析构函数。以C++语言为例：析构函数名也应与类名相同，只是在函数名前面加一个位取反符~，例如~stud( )，以区别于构造函数。它不能带任何参数，也没有返回值（包括void类型）。只能有一个析构函数，不能重载。如果用户没有编写析构函数，编译系统会自动生成一个缺省的析构函数（即使自定义了析构函数，编译器也总是会为我们合成一个析构函数，并且如果自定义了析构函数，编译器在执行时会先调用自定义的析构函数再调用合成的析构函数），它也不进行任何操作。所以许多简单的类中没有用显式的析构函数。

1、Release(): 将内存释放，并将行列设置为0

// 空间释放函数
void CMatrix::release(){
    if(m_pData){
        delete []m_pData;
        m_pData = NULL;    //好习惯，保证释放空间
    }
    m_nRow = m_nCol = 0;
}

2、~CMatrix(): 定义析构函数，调用release()

CMatrix::~CMatrix(){
    release();
}

四、运算符重载

1、算术运算符重载：+, -, +=, -=

// + 算术运算符重载：带一个参数
CMatrix&  CMatrix::operator+(const CMatrix& m){
    assert(m_nRow==m.m_nRow && m_nCol==m.m_nCol);   //断言函数，判断两个矩阵类是否满足运算前提
    for(int i = 0;i < m_nRow*m_nCol; i++){
        m_pData[i] += m.m_pData[i];
    }
    return *this;
}
 
// + 算术运算符重载：两个参数
CMatrix operator+(const CMatrix& m1,const CMatrix& m2){
    CMatrix m3(m1);
    m3 += m2;
    return m3;
}
 
// - 算术运算符重载
CMatrix&  CMatrix::operator-(const CMatrix& m){
    assert(m_nRow==m.m_nRow && m_nCol==m.m_nCol);
    for(int i = 0;i < m_nRow*m_nCol; i++){
        m_pData[i] -= m.m_pData[i];
    }
    return *this;
}
 
// += 算术运算符重载
CMatrix&  CMatrix::operator+=(const CMatrix& m){
    assert(m_nRow==m.m_nRow && m_nCol==m.m_nCol);
    for(int i = 0;i < m_nRow*m_nCol; i++){
        m_pData[i] += m.m_pData[i];
    }
    return *this;
}
 
// -= 算术运算符重载
CMatrix&  CMatrix::operator-=(const CMatrix& m){
    assert(m_nRow==m.m_nRow && m_nCol==m.m_nCol);
    for(int i = 0;i < m_nRow*m_nCol; i++){
        m_pData[i] -= m.m_pData[i];
    }
    return *this;
}

2、关系运算符重载：>, <, ==,!=

// == 关系运算符重载 
bool CMatrix::operator ==(const CMatrix& m){
    if(!(m_nRow==m.m_nRow && m_nCol==m.m_nCol))
        return false;
    for(int i = 1;i < m_nRow*m_nCol; i++){
        if(m_pData[i] != m.m_pData[i])
            return false;;
    }
    return true;
}
 
// != 关系运算符重载
bool CMatrix::operator !=(const CMatrix& m){
    return !(*this == m);
}
 
// > 关系运算符重载
bool CMatrix::operator >(const CMatrix& m){
    assert(m_nRow==m.m_nRow && m_nCol==m.m_nCol);
    for(int i = 1;i < m_nRow*m_nCol; i++){
        if(m_pData[i] > m.m_pData[i])
            return true;;
    }
    return false;
}
 
// < 关系运算符重载
bool CMatrix::operator <(const CMatrix& m){
    assert(m_nRow==m.m_nRow && m_nCol==m.m_nCol);
    for(int i = 1;i < m_nRow*m_nCol; i++){
        if(m_pData[i] < m.m_pData[i])
            return true;;
    }
    return false;
}

3、下标操作符：[], ()

// 下标操作符[]
double& operator[](int nIndex){
    return m_pData[nIndex];
}
 
// 下标操作符()
double& operator()(int nRow,int nCol){
    return m_pData[nRow*nCol + nCol];
}

4、强制类型转换: double

CMatrix::operator double(){
	double dSum = 0;
	for (int i = 0; i < m_nRow * m_nCol; i++) {
		dSum += m_pData[i];
	}
	return dSum;
}

5、赋值运算符：=，尤其注意当m1=m1特殊情况的处理

// 若m1 = m1情况，判断地址是否相等，不相等则进行操作
CMatrix& CMatrix::operator=(const CMatrix& m){
   if(this != &m)
        Create(m.m_nRow, m.m_nCol, m.m_pData);
   return *this;
}

五、友元函数

        类的友元函数是定义在类外部，但有权访问类的所有私有（private）成员和保护（protected）成员。尽管友元函数的原型有在类的定义中出现过，但是友元函数并不是成员函数。友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类，在这种情况下，整个类及其所有成员都是友元。如果要声明函数为一个类的友元，需要在类定义中该函数原型前使用关键字 friend。

在CMatrix类定义友元函数：

friend istream& operator>>(istream& is,CMatrix& m);
friend ostream& operator<<(ostream& os,const CMatrix& m);

1、输入运输符： >>

istream& operator>>(istream& is,CMatrix& m){
    is>>m.m_nRow>>m.m_nCol;
    m.Create(m.m_nRow,m.m_nRow);
    for(int i = 1;i < m.m_nRow*m.m_nCol; i++)
        is>>m.m_pData[i];
    return is;
}

2、输出运输符：<<

ostream& operator<<(ostream& os,const CMatrix& m){
    os<<m.m_nRow<<" "<<m.m_nCol<<endl;
    double * pData = m.m_pData;
    for(int i=0;i<m.m_nRow;i++){
        for(int j = 0; j < m.m_nCol; j++){
            os<<*pData++<<" ";
        }
        os<<endl;
    }
    return os;
}

六、实验结果

1、测试代码

#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include "CMatrix.h"
using namespace std;
 
int main(){
    cout<<"对象声明：m1,m2,m3,m4"<<endl;
    cout<<"m1 调用默认构造函数：不带参数的构造函数"<<endl;
    cout<<"m2 调用委托构造函数：带行列及数据指针等参数的构造函数"<<endl;
    cout<<"m3 调用带文件路径参数的构造函数"<<endl;
    cout<<"m4 调用拷贝构造函数"<<endl;
    double pData[10]={1,2,3,4,5,6,7,8};
    CMatrix m1,m2(2,4,pData), m3("d:\\data.txt"),m4(m2);
    cout<<"输入m1的数据内容：行 列 数组"<<endl;
    cin>>m1;
    m2.Set(1,3,10);// 修改m2的值
 
    cout<<"输出m1"<<endl;
    cout<<m1<<endl;
    cout<<"输出m2"<<endl;
    cout<<m2<<endl;
    cout<<"输出m3"<<endl;
    cout<<m3<<endl;
    cout<<"输出m4"<<endl;
    cout<<m4<<endl;
 
    cout<<"测试关系运算符重载:= 令m4=m3，输出m4"<<endl;
    m4 = m3;
    cout<<m4<<endl;
 
    cout<<"测试下标操作符:[] ，输出m4"<<endl;
    m4[2]= m4 + 1;
    cout<<m4<<endl;
 
    if(m4==m3){
        cout<<"Error !"<<endl;
    }
 
    cout<<"测试关系运算符重载:+= 令m4+=m3，输出m4"<<endl;
    m4 += m3;
    cout<<m4<<endl;
    cout<<"sum of m4 = "<<(double)m4<<endl;
    return 0;
}

2、测试结果

七、实验总结

        本次实验，实践了C++类与对象，学习使用了默认构造函数、委托构造函数、带文件路径参数的构造函数、拷贝构造函数、析构函数、友元函数以及运算符重载。我觉得最有收获的就是运算符重载，学习到了方法的重载，如果不是老师的讲解，我可能也不会知道，原来这些基本的运算法也可以根据自己写的对象来进行调整设计，重载方法。因为之前学过Java的关系，所以能够理解类和对象，没有什么学习困难，实验过程很顺利！