物件導向程式設計入門

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第 8 章

物件導向程式設計入門

本章提要

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8-1 物件導向與類別

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8-2 定義類別

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8-3 類別與指標

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8-4 friend 類別的夥伴

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8-5 綜合演練

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8-1 物件導向與類別

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寫程式的最終目的是為了解決人們的問題, 而當電腦的應用愈來愈廣泛時, 所需設計的 程式也變得愈來愈複雜, 而以傳統程序導向 的程式設計方式, 要解決真實世界中各種問 題也就顯得捉襟見肘。

物件導向與類別

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此時就有人提出一種新的觀念, 亦即程式本 身要能模擬真實世界的運作方式, 設計程式 時的思考方式便是以真實世界的運作方式 來思考如何解決問題, 這種新的計計理念就 稱為物件導向程式設計, 其中模擬真實世界 的方式就是使用物件 (object)。

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物件：C++ 舞台劇的演員



如果將 C++ 程式比擬為一齣舞台劇的話, 那麼要說明甚麼是物件導向程式語言就不 難了。要上演一齣舞台劇, 首先必須要有導 演, 先將自己想要表達的理念構思好。然後 再由編劇將劇裡所需要的角色、道具描繪 出來, 並且將這些元素搭配劇情撰寫出劇本

。最後, 再由演員以及道具在舞台上依據劇 本實際的演出。

物件：C++ 舞台劇的演員

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每一個 C++ 程式也一樣可以分解為這些要 素, 導演就是撰寫程式的您, 要先設想程式 想要完成甚麼事情。接下來的編劇當然還 是您, 必須先規劃出如何完成工作。以下就 說明 C++ 程式中相對於一齣舞台劇的各個 元素, 讓讀者瞭解如何運用這樣的觀念設計 程式。

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類別 (Class) 與物件

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一齣舞台劇有了基本的構思之後, 接下來就 要想像應該有哪些角色來展現這齣劇, 每一 種角色都會有它的特性以及要做的動作。

舞台劇的角色與演員

C++ 的類別與物件

舞台劇的角色與演員

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舉例來說, 如果演出西遊記, 不可缺少的當 然是美猴王這位主角, 它有多種表情、還能 夠進行 72 變。除了美猴王以外, 當猴子猴 孫的小猴子也少不了, 這些小猴子可能有 3 種表情, 而且可以跑步、爬樹等等。想好了 角色、編好劇本後, 還得找演員來演出這些 角色, 否則只是空有劇本, 觀眾根本看不到

。有些角色, 像是美猴王, 在整個劇中只有 一個；但有些角色, 像是小猴子, 可能就會 有好幾個, 就得找多個演員來演出這些角色,

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舞台劇的角色與演員

舞台劇的角色與演員



同樣的道理, 舞台上除了演 員外, 可能還需要一些布景 或道具, 每一種布景也有它 的特性與可能的動作。舉例 來說, 西遊記中美猴王騰雲 駕霧, 舞台上可少不了雲。

雲可能有不同顏色、形狀, 也可以飄來飄去, 而且同時 間舞台上可能還需要很多朵

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舞台劇的角色與演員



這些不論是要演員演的、還是要道具來表 現的, 都可以通稱為角色。在劇本中就以文 字來描述這些角色的特性以及行為, 並且描 述整個劇的進行, 然後再找演員或是製作道 具來實際演出。

C++ 的類別與物件

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每種角色都有其自我的屬性和行為, 這些角色 在 C++ 中就稱為類別 (Class), 例如小猴子這 個角色, 應該都具有相似的屬性及行為 (例如 都會爬樹) 而實際演出的演員則稱為物件

(Object), 每個物件都是獨立的個體, 可以表現 出與眾不同的行為。例如在一場戲中, 有的小 猴子在玩水、有的小猴子在爬樹等等。



當我們在設計程式時, 首先就是規劃出參與演 出的有哪些類型的角色, 並定義出相對應的類

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C++ 的類別與物件

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接著劇本就是寫在 main() 函式中, 在

main() 函式中各演出者要一一上場或放置 在特定的位置上, 這些演出者就是所謂的物 件, 它們是根據事先定義好的類別所產生的

。例如需要有 5 個小猴子上場, 要由小猴子 的類別產生 5 個小猴子物件上場演出。



當我們構思好故事大綱後, 就需擬定參與角 色的特性, 此時就是要宣告類別, 因此以下 就先看如何宣告及定義類別。

8-2 定義類別



類別又稱為使用者自訂資料型別 (User

Defined Data Type), 表示它是由程式設計 人員自訂出的資料型別, 而編譯器也會把類 別當成一種資料型別來處理。

定義類別的語法

資料成員

成員函式

靜態成員

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定義類別的語法

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我們可以用 class 或 struct 關鍵字來定義類 別, 但最常用到的則是 class 定義類別時的 語法如下：

定義類別的語法



以上就是定義類別的敘述架構, 例如以下就 是定義一個空白的類別, 其名稱為 Car：



完成類別的定義, 就等於告訴編譯器我們已 定義了一個新資料型別, 接著就能用它來建 立物件了, 宣告的方式和使用內建資料型別 宣告變數一樣：

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定義類別的語法



在此類別名稱就像是一個新的型別名稱, 並 可用來定義出各個性質相同的物件, 這些物 件就稱為該類別的個體 (Instance), 例如上 例中的 mycar、yourcar 就稱為 Car 類別的 個體。



此外我們也可在定義類別時, 即建立物件, 不過這種用法目前較少使用：

定義類別的語法



以上雖完成一個自訂資料型別的定義, 不過 這樣的空白類別不能做什麼事, 所以我們要 在裏面加入一些內容來描述類別的屬性及 行為。類別的屬性是透過資料成員 (Data Member) 來模擬, 類別的行為則是以成員函 式 (Member Function) 來模擬, 以下就分別

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資料成員



資料成員的宣告方式和一般的變數相同, 只 不過資料成員是被宣告在類別之內, 例如描 述汽車的類別可能需要記錄載油量、耗油 量等屬性, 此時可在類別中宣告 2 個資料成 員來代表這些屬性：

資料成員



請注意, 資料成員不能設定初始值, 因為基 本上每個物件彼此都不盡相同, 若類別的資 料成員可設定初始值, 就變成每個物件的該 項屬性都相同, 並不合理, 所以在定義類別 時, 不可將資料成員設定初始值。

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物件導向程式設計的特性：

封裝



物件導向程式設計具有三項特性：封裝

(Encapsulation )、繼承 (Inheritance)、多 面性 (Polymorphism), 本章我們先來認識什 麼是封裝。封裝的意思是指將類別的屬性 及操作屬性的方法都包裝在其中, 而且只對 外公開一些操作資料的方法, 外人無法直接 存取類別 (物件) 未公開的屬性。

物件導向程式設計的特性：

封裝



封裝的目的是讓使用類別的人, 不需要理會

、瞭解類別中包裝了什麼樣的內容, 他只需 透過公開的方法來操作物件即可達到使用 類別的目的 (就像只要會操作搖控器就能看 電視, 而不需瞭解電視內部的設計)。這樣的 理念讓設計好的類別有如軟體 IC, 程式設計 人員可將既有的 IC (類別) 組合起來, 實作 出程式的功能, 如此不但讓程式碼可重複使 用, 更能提高工作效率。

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物件導向程式設計的特性：

封裝



封裝的另一個意義則是資料隱藏 (Data

Hiding), 類別中的成員預設都無法被外界任 意存取。因為若能被外界任意存取、修改 資料成員, 又失去了物件導向程式設計的意 義。



類別中不能被外部存取的成員, 統稱為私有 (private) 成員；相對於私有成員則是公開 (public) 成員, 它們可被類別外部的程式任 意存取。

物件導向程式設計的特性：

封裝



為了方便說明, 我們暫時先將範例類別的資 料成員設為公開的成員, 設定的方式就是在 定義資料成員之前, 加上 public 關鍵字及冒 號：

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物件導向程式設計的特性：

封裝



public 稱為存取修飾字 (Access Specifier), 存取修飾字共有 3 個, 分別是：

public：在此段落中的成員都是公開的成員。若

是用 struct 定義類別, 則類別中的成員預設是公開 的成員。

private：在此段落中的成員都是私有的成員。用

class 定義類別時, 則成員預設都是私有的成員。

protected：在此段落中的成員對外部程式而言屬

於私有的成員, 但對繼承的類別而言, 則是公開的 成員。

物件導向程式設計的特性：

封裝



由於使用 struct 定義類別時, 預設所有的成 員都是公開的成員, 所以上述的例子若改用 struct 定義需寫成：

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struct 與 class 的差別



用 struct 與 class 定義類別只有兩個差異：

struct 的成員預設為 public；class 的成員預設為

private。

繼承 struct 時, 預設是以 public 的方式繼承；繼

承 class 時, 則是以 private 的方式繼承。

struct 與 class 的差別



除了以上兩點外, 用 struct 和 class 是沒有 差別的。但由於 struct 是承襲自 C 語言而 來的, 只不過在 C++ 中增強、擴充為具有 類別的功能；再加上 struct 成員預設可公 開存取又失去封裝的意義, 因此大部份的 C++ 程式設計人員都習慣用 class 來定義 類別, 而較少使用 struct。

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存取資料成員



定義了公開的資料成員後, 在類別以外的程 式 中 (例如 main() 函式中), 可透過成員存 取 (class member access) 運算子 ‘.’ 來存 取各物件中的公開資料成員：



例如：

存取資料成員



透過這種方式, 我們可以用 Car 類別寫一個 模擬汽車行駛狀況的程式如下：

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存取資料成員

存取資料成員

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存取資料成員

存取資料成員



第 20 行的 while 迴圈會在油量大於 0 的狀 況下持續執行, 當油量不足以走完指定里程 時, 就會在第 31 行顯示相關資訊, 並於第 33 行跳出迴圈。



在此要提醒讀者, 類別的公開成員可由外界 自由存取, 所以我們也可在建構物件時, 即 以設定陣列元素、結構體成員初始值的相 同方式來設定其公開成員的初始值, 所以上 例中第 12～14 行可簡化成一行敘述：

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存取資料成員



我們用 gas 及 eff 兩個資料成員來表現汽車 物件的屬性及狀態, 這樣的表示方式雖然不 錯, 但上述程式的寫法, 也等於只是將變數 放在類別之中, 完全沒有發揮類別的資料封 裝功效, 因此我們必須再加入可操作物件的 成員函式, 讓汽車類別更能模擬真實汽車的 行為。

const 資料成員



資料成員也可加上 const 關鍵字成為常數, 由於常數一經宣告即無法更改其值, 所以 const 資料成員可在類別定義中設定初值, 這是它們與一般資料成員不同之處。舉例 來說, 若汽車類別代表的是同款式的車型, 其耗油量是固定的, 即可將之宣告為 const

。

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成員函式



成員函式的種類



定義成員函式



呼叫成員函式

成員函式的種類



成員函式 (member function) 乃是類別的靈 魂所在, 也是設計類別時的成敗關鍵。它不 僅要提供一個公開的類別操作界面, 有時還 必須完成許多特殊的功能, 我們大致可以將 成員函式依功能分成下列幾種：

用來操作物件的函式：例如我們定義了一種字串

類別, 則複製字串、搜尋字串、替代字串等函式 都是所謂操作物件的方法。

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成員函式的種類

用來存取物件內資料成員的函式：由於我們通常

都將資料成員封裝在類別之內 (設為 private), 所 以外界必須經由這類函式才能間接取得代表物件 屬性或狀態的資料成員。

僅供類別內部使用的函式成員：第 6 章提過, 有

一項功能 (或說一段程式碼) 會重複用到時, 即可 將它寫成函式以提高程式撰寫效率。同理, 如果 有多個成員函式需要用到同一個功能, 但又不希 望公開給外界使用, 那麼就可以將這個功能獨立 成一個函式, 並將之設為 private 而封裝在類別之 內。

成員函式的種類

類別的自動管理函式：當一個新物件被產生或生

命期結束時, 我們可能需要做一些特別的處理, 例 如新物件要做一些初始化或配置記憶體的工作；

而物件的生命期結束時, 可能也要釋放所配置的 記憶體或是做一些其他的善後工作。



前兩類成員函式是初學者最常接觸到的, 以 下就來介紹如何定義成員函式, 以設計操作 物件及存取資料成員的成員函式。

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定義成員函式



成員函式既然也是函式, 所以定義的方式和 一般函式沒什麼不同：都要有函式名稱、

傳回值、參數等等。定義函式成員有兩種 方式, 第 1 種是直接將函式本體定義在類別 的大括號中, 此法適用在內容只有 1、2 行 敘述的函式：

定義成員函式

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定義成員函式



上例中的 getEff() 及 checkGas() 函式都只 有一行敘述, 因此將函式本體定義在類別內 即可。定義在類別內的函式有項特性：就是 它們預設都是行內函式, 換言之, 上述的定義 對編譯器來說, 就相當於我們有在函式前加 上 inline 關鍵字：

定義成員函式



另一種定義函式的方式, 則是只在類別內宣 告函式原型, 但將函式本體定義在類別的大 括號之外, 此方法適用在函式內敘述較多的 情況。由於類別的成員函式可與程式中的 一般函式、甚至其它類別的成員函式使用 相同的名稱, 因此在定義成員函式時, 需以 類別名稱及範圍解析運算子 :: 明確讓編譯 器瞭解我們定義的是哪一個類別的成員函 式。

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定義成員函式

定義成員函式



請注意, 成員函式與一般函式或其他類別中 的函式同名並不算多載 (overloading), 因為 它們都分屬不同的視野, 所以彼此互不相關, 根本不會形成多載。只有同一個類別內的

同名函式, 才會型成多載：

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定義成員函式

呼叫成員函式



成員函式為類別的成員, 在使用上和一般函 式有個最大的差異, 即成員函式必須透過類 別的物件來呼叫, 例如：



另外, 大家應會注意到, 在前述的成員函式 定義中, 都直接存取資料成員, 而未透過成 員存取運算子。其道理很簡單, 當我們用物 件呼叫成員函式時, 函式所存取的資料成員,

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呼叫成員函式

呼叫成員函式



由於我們每次都必須以 "物件 . 函式名稱"

的方式來呼叫成員函式, 所以成員函式自然 不會與類別以外的其他函式混淆。



認識成員函式的定義與呼叫方式後, 我們將 前面的 Car 類別重新定義, 將資料成員設為 私有, 而外部則可透過公開的成員函式來操 作物件, 範例程式內容如下：

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呼叫成員函式

呼叫成員函式

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呼叫成員函式

呼叫成員函式

1. 第 15～28 行的 go() 函式即為模擬汽車行走的 函式, 參數為要行走的公里數, 函式中會檢查油量 是否足夠, 並將車子原本的油量減掉此趟耗掉的 部份。

2. 第 30～34 行的 init() 函式則是用於初始化私有 的資料成員, 因我們已將資料成員宣告於 private:

的段落中, 所以只能透過成員函式來設定其值。

其實類別還有一種更佳的成員初始化方式。

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呼叫成員函式



類別經過一番重新設計後, main() 函式的內 容變得相對簡單, 而且 main() 函式的功能就 很容易一目瞭然。或許有讀者覺得這樣設 計, 似乎使整個程式變得複雜, 其實這是因 為我們未讓類別發揮重複使用的效果, 如果 目前是在開發中大型的專案, 則只要類別都 妥善定義好, 則開發各部份的程式就相對簡 單許多, 這也是物件導向程式設計的最大好 處。

類別中成員的宣告慣例



在 Ch08-02.cpp 範例程式第 4～13 行 Car 類別的定義中, 將私有的成員也特地宣告在 private: 段落中。讀者或許會覺得奇怪, 為 何不直接在類別定義的大括號一開始, 就先 宣告私有的成員, 這樣不是可少寫一個

"private:" 嗎？

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類別中成員的宣告慣例

類別中成員的宣告慣例



左邊的寫法看似要多寫一點字, 但它卻是常 見的 C++ 程式的慣用寫法 (convention), 其 寫法是在類別定義中, 依最公開的成員先出 現的原則來宣告資料成員及成員函式, 所以 採這種寫法時, 即是依 public、protected、

private 三種成員的順序宣告。當然這只是 一種寫作習慣, 並非強制的語法規則。

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靜態成員



靜態資料成員



靜態成員函式

靜態資料成員



我們也可將類別中的資料成員前面加上

static 關鍵字, 使其成為靜態的資料成員。

一般的資料成員是每個物件都有自己的資 料成員；但靜態資料成員則是所有同類別 的物件共用的, 換言之類別的靜態資料成員 在記憶體中只有一份, 每個同類別物件所存 取到的靜態資料成員都是相同的, 若有物件 更改了靜態資料成員的值, 則所有物件存取 到的值也跟著改變。由於這項特性, 靜態資

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靜態資料成員



舉例來說, 前面範例的汽車類別, 若是用來 代表同型的車款, 則基本的耗油量應該是相 同的, 此時即可將代表耗油量的資料成員, 宣告為靜態成員, 讓每個物件都使用同一個 資料：

靜態資料成員



靜態資料成員會被視為獨立的個體, 並不專 屬於哪一個物件, 所以我們必須額外定義它 (初始化其值), 定義的形式如下：

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靜態資料成員



雖然這樣的定義方式好像在定義全域變數, 但靜態資料成員並非全域變數, 這一點要分 清楚。以下範例示範物件共用靜態資料成 員的情形：

靜態資料成員

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靜態資料成員



第 9 行宣告的靜態資料成員於第 12 行定義 , 因此在 main() 函式中建立物件後, 即可透 過物件立即存取其值。



在第 21 行時以 One 物件呼叫成員函式設 定靜態資料成員的值, 在第 22 行用 Two 物 件取得靜態資料成員的值已經是更動後的 新數值, 印證了各物件共用同一靜態資料成 員的事實。

靜態成員函式



除了資料成員可加上 static 關鍵字變成靜態 資料成員外, 成員函式也可用同樣的方法設 定為靜態成員函式 (static member

function)。靜態成員函式與一般成員函式最 大的不同包括：

不需透過物件即可呼叫, 但為了與一般非成員函

式區分, 在呼叫時需以類別名稱:: 函式名稱() 的 方式呼叫。

在函式中只能存取靜態的資料成員, 不能存取非

靜態的成員。

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靜態成員函式



使用靜態成員函式的目的主有有兩種：首先 就是設計成用來修改靜態資料的函式；此外 基於不需物件即可呼叫的特性, 靜態成員函式 也適合用來設計通用性、工具性的類別。



舉例來說, 在台灣加油時是以公升為單位, 在 美國等地則是以加侖為單位, 我們就可替汽車 類別設計換算這兩種單位的成員函式, 並設為 static, 讓所有程式不建立物件, 也能呼叫該函 式來進行單位換算。請參考以下範例：

靜態成員函式

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靜態成員函式

8-3 類別與指標



指標在類別上的應用包括：建立指向物件 的指標, 以及在類別中使用指標型別的資料 成員, 其中包括一個所有類別都有的 this 指 標。

指向物件的指標

指標型別的成員

this 指標

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指向物件的指標



建立指向基本資料型別的指標時, 要存取變 數值, 需使用間接存取運算子 *。但建立指 向物件的指標時, 要用物件指標存取公開的 成員時, 並不需使用間接存取運算子, 但需 使用另一個成員存取運算子 "->" (橫線加大 於符號) 來存取成員, 例如：

指向物件的指標



宣告類別指標變數時, 可用 new 運算子建立 新的物件, 讓指標可指向該物件, 請參考以 下範例：

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指向物件的指標

指標型別的成員



我們知道, 指標變數在宣告時並未設定要指 向何處, 所以若在類別中使用指標型別的資 料成員時, 必須記得在物件建立即初始化其 指標成員所指的位址, 例如我們可在初始化 物件的成員函式中, 動態配置記憶體給物件 的資料成員, 請參考以下的範例：

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指標型別的成員

指標型別的成員

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指標型別的成員



Str 類別只是個很簡單的字串類別, 其唯一 的資料成員就是指向字串的指標, 由於建立 物件時不會讓指標指向任何字串, 所以設計 了兩個多載的 set() 成員函式, 其中之一是 傳入字串指標, 並將資料成員也指向相同的 位址；另一個不需參數的版本, 則是直接配 置新的記憶體空間, 然後將 "Empty!" 這個字 串內容複製進入。

指標型別的成員



上述的 Str 類別設計方式仍不夠好, 因為要 初始化字串內容相當不便, 且要具有實用功 能的字串類別, 必須設計相當多處理字串的 成員函式。所幸 C++ 已經幫我們設計好一 個實用的 string 類別, 在第 11 章就會介紹 如何使用 string 類別處理字串。

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this 指標



當我們建立物件時, 每個物件都會享有獨自 的記憶體空間, 以存放各自擁有的非靜態資 料成員, 所以每個物件的資料成員都是獨立 互不干擾。但是類別的成員函式則是所有 物件共用的, 在記憶體中只會存一份成員函 式的程式碼, 每個物件呼叫成員函式時, 都 是執行到同一份程式碼。

this 指標



這時候就出現一個問題, 當我們透過各物件 呼叫成員函式來存取資料成員時, 成員函式 是如何得知目前呼叫它的是哪一個物件？

如何存取到正確物件的資料成員, 而不會存 取到別的物件的資料成員？



答案很簡單, C++ 編譯器在編譯成員函式時 , 偷偷做了幾個動作, 以便讓成員函式能存 取到正確物件的資料成員：

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this 指標

1. 編譯器會自動在成員函式的參數列最前面加上一 個該類別的指標參數, 並以 this 為參數名稱, 然後 再將函式定義內所有出現資料成員的部份, 均改 成

this->資料成員的形式：

this 指標

2. 替程式中實際呼叫成員函式的敘述, 偷偷加上呼 叫者物件的位址做為第一個參數, 例如：



這樣一來, 就等於讓成員函式都能從 this 指 標取得呼叫物件的資料成員, 所以就不會發 生存取到錯誤的資料成員的情形。

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this 指標



為讓讀者體會這個隱含在程式中的 this 指 標確實存在, 我們用以下的範例程式透過 this 指標來取得物件的位址：

this 指標

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this 指標



第 8 行的 showthis() 成員函式將程式未定 義的 this 指標輸出到 cout, 也就是輸出指標 所指的位址。結果程式仍可順利編譯、連 結, 表示 this 指標確實存於程式之中。

使用 this 指標的時機



在某些狀況下會需要用到 this 指標, 例如當 成員函式的參數名稱與資料成員的名稱相同

、或是要做整個物件的複製, 請參見以下的例 子：

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使用 this 指標的時機

使用 this 指標的時機

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使用 this 指標的時機



在第 7 行的 copy 函式中, 將參數物件

source 直接用指定運算子設定給 this 指標 所指的物件, 此敘述的功用就是讓兩個物件 的資料成員值變得完全一樣, 也就是把

source 物件的資料成員值複製給 this 物件 的資料成員。

使用 this 指標的時機



第 13 行的 Time::set() 成員函式其參數名 稱與類別資料成員的名稱相同, 此時成員函 式預設只會存取到它自己的局部變數, 也就 是函式的參數。因此在函式中, 可 用 "this->

資料成員" 的語法來存取物件的資料成員, 在第 15～17 行就是透過此方式將各參數的 值指定給同名的資料成員。

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傳回物件的成員函式



另一種會應用到 this 指位器的情況, 就是希 望類別的成員函式能以有如 cout 和 << 運 算子的使用方式一樣, 可以串接在一起呼叫, 例如：

傳回物件的成員函式



因為 . 和 -> 運算子的結合順序都是由左到 右, 所以 t.set() 會先執行, 執行完後的傳回 值需為 Time 類別的物件, 然後再以傳回的 物件來呼叫 show()。那麼, 要如何來設計 set() 呢﹖很簡單, 就是把它的傳回值設為 Time 類別的參考型別, 並在函式本體中傳 回 this 指標所指的物件：

93

傳回物件的成員函式



在執行 t.set(12,10,45).show(); 時,

t.set(12,10,45) 會先執行並傳回 t (時 t 的值 已被更改), 然後再以傳回的 t 來執行

t.show()：



請參見以下範例：

傳回物件的成員函式

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傳回物件的成員函式

傳回物件的成員函式



我們一直使用的 cout 及 << 運算子的串接 輸出方式, 就是這種傳回物件本身的應用。

因為在 C++ 中運算子也算是一種函式, 所 以也可以設計成具有這種串接的特性。

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8-4 friend 類別的夥伴



類別是一個封裝良好的機構, 可以將內部私 有的資料與外界完全隔離, 但這有時卻反而 會造成一些困擾, 尤其是當我們想要在類別 以外的 (成員或非成員) 函式來存取已封裝 好的資料時。以字串類別為例, 我們知道在 標準函式庫中有一個 strcmp() 函式可以做 字串的比較, 如果我們想要另外寫一個

strcmp(Str, Str) 的多載函式, 使得二個 Str 物件也可以用 strcmp() 來做比較, 這時除了 將字串的成員設為公開成員外是否還有其 它方法呢？

friend 類別的夥伴



答案就是將自訂的 strcmp( ) 宣告為 Str 類 別的夥伴 (Friend)。被宣告為類別夥伴的函 式具有存取私有成員的特權, 所以這樣一來 就不必將類別的資料成員設為公開成員而 破壞類別資料隱藏的特性。



要將函式宣告為類別夥伴很簡單, 只需在類 別中加上該函式的原型宣告, 並在宣告最前 面加上

friend 關鍵字：

99

friend 類別的夥伴



用關鍵字 friend 宣告以後, 在 strcmp(Str&, Str&) 的函式本體中, 便可以直接存取 Str 類 別中任何私有的成員。夥伴的宣告可以放 在類別定義內的任何位置, 不過我們一般都 將它放在最前面, 以方便閱讀。以下就是加 入夥伴比較函式的 Str 類別：

friend 類別的夥伴

101

friend 類別的夥伴

誰可以做為類別的夥伴



由於宣告為夥伴的對象並非類別內的成員, 所以沒有 private 、protected 或 public 之 分。可以做為夥伴的對象有下列三種：

1. 一般函式：例如前面提到的 strcmp() 函式。且 同一個函式可以做為多個類別的夥伴, 例如：

2. 其他類別內的成員函式：但這個類別必須是已定

103

誰

可

以

做

為

類

別

的

夥

伴

誰可以做為類別的夥伴

注意, copy() 函式本身的定義必須放在 String 類

別的定義之後, 這是因為 copy() 要用到 Str 內的 資料成員。所以如果我們想要將 copy() 的定義 放在 MemBlock 類別之內的話, 必須用下面第三 種方法。

3. 其他的類別：這必須以 “friend class 夥伴類別的 名稱” (其中 class 可以省略) 來宣告。當甲類別 被宣告為乙類別的夥伴時, 所有甲類別中的成員 函式均可任意存取乙類別內的非共用資料。例如

：

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誰

可

以

做

為

類

別

的

夥

伴

8-5 綜合演練

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複數類別

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堆疊類別

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複數類別

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複數是在進階的數學應用中經常用到的數 值, 但在內建資料型別中並沒有複數這樣的 類別, 因此在 C++ 發展初期, 就有不少人都 嘗試設計一個複數 (Complex) 類別來使用

。不過到後來, C++ 標準組織就決定在標準 類別庫中加入複數類別, 讓有需要的程式設 計人員省下不少工夫。

複數類別

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在此我們還是利用自訂複數類別來做練習, 讓讀者能熟悉類別的定義及使用。複數的 組成可分為實數的實部與虛數的虛部, 所以 複數類別至少需 有 2 個資料成員來儲存這 兩個值, 而複數類別的四則運算也有些特別 之處, 以下程式示範一個含加減法成員函式 的陽春複數類別：

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複數類別

複數類別

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複數類別

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這個陽春的類別共有 4 個成員函式, 分別是設 定數值的 set() 及顯示數值的 show(), 以及加 減法的函式。加減法函式分別依照複數實部 加實部、虛部加虛部的計算規則設計, 並傳回 物件本身。

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由於我們還未學到一些實用的類別功能設計 方式, 所以這幾個函式的設計方式都不太恰當 , 例如加減法函式都改變呼叫物件的值, 當然 我們也可修改成建立新複數物件, 並將計算結 果設定給新物件, 最後再傳回新物件的方式。

堆疊類別

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初學程式設計者, 免不了會接觸到一些基本 的資料結構 (Dat a Structure), 其中堆疊

(stack) 是初學者最常接觸到的。所謂堆疊 是指一種後進先出 (LIFO, Last In First Out) 的資料結構, 也就是說, 放入此結構 (集合) 的物件 (變數) 要被取出時, 必須等比它後加 入的物件全部被拿出來後, 才能將它拿出來

。例如一端封閉的網球收納筒, 就是一種堆 疊結構：

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堆疊類別

堆疊類別

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關於資料結構的探討, 在此不擬深入, 有興 趣者, 可參照其它相關主題的書籍。不過我 們可以發現這種簡單的資料結構, 也很適合 設計成類別, 不但能以更直覺的方式操作, 也能達到堆疊內資料不被外部任意存取 / 修 改的目的。

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堆疊類別

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舉一個整數堆疊的例子, 它可用來存放整數 的資料, 我們可設計一個整數堆疊類別, 其 中可存放一定數量的整數, 然後再設計用來 將整數存入堆疊的成員函式 push()、將整 數自堆疊取出的成員函式 pop(), 就可以很 方便地將整數存入堆疊或由堆疊取出了。

請看下面的程式：

堆疊類別

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堆疊類別

堆疊類別

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以上是可存放整數資料的堆疊類別, 資料成員 buffer[] 陣列就是用來存放放入堆疊的整數, 而 sp 則記錄目前已存幾筆資料。push()、pop() 函式分別模擬將資料存入堆疊、及從堆疊中取 出資料的動作, 其內容很簡單, 都是先檢查 sp 是否已達最大值 (表示堆疊已滿) 或是 0 (表示 堆疊是空的), 不是就進行存入或取出的動作。

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我們將程式存於 .h 檔中, 這樣子別的程式要使 用時, 只需含括這個 .h 檔即可使用整數堆疊類 別, 如以下範例所示：

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堆疊類別

堆疊類別

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堆疊類別

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在上例的 main() 函式中一共建立了二個堆 疊物件, 並分別用它們來存放 3 個整數, 再 取出之。程式最後故意要 st2 物件多 pop 一次資料, 結果就會執行到私有成員函式 Error(), 顯示堆疊出錯的訊息。