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适合具备 C 语言基础的 C++ 教程之一

发布时间：2021-06-06 00:00| 有 位朋友查看

简介：引言 C 语言通常被认为是一种面向过程的语言，因为其本身的特性更容易编写面向过程的代码，当然也不排除使用 C 语言编写面向过程的代码，比如 Linux 的源代码以及现在很火的国产物联网操作系统 RT-Thread，其内核的实现方式都是使用 C 语言实现的面向对象的……

 

引言

C 语言通常被认为是一种面向过程的语言，因为其本身的特性更容易编写面向过程的代码，当然也不排除使用 C 语言编写面向过程的代码，比如 Linux 的源代码以及现在很火的国产物联网操作系统 RT-Thread，其内核的实现方式都是使用 C 语言实现的面向对象的代码。相比于 C 语言来说，C++ 更能够实现面向对象的程序设计，其具有的特性也要比 C 语言要多的多。下面假设有这样一个需求。

现要描述两个人的信息，姓名，职业，年龄，并输出。

我们首先先使用 C 语言的设计思路实现这个功能。

C语言描述

如果使用 C 语言来描述上面这个问题，大部分都会想到使用结构体来完成这个要求，写出的程序也就如下所示：

  1. #include <stdio.h> 
  2.  
  3. struct person 
  4. { 
  5.     char *name; 
  6.     int age; 
  7.     char *work; 
  8. }; 
  9.  
  10. int main(int argc, char** aggv) 
  11. { 
  12.     struct person persons[] = { 
  13.         {"wenzi",24,"programer"}, 
  14.         {"jiao", 22,"teacher"}, 
  15.     }; 
  16.  
  17.     char i; 
  18.     for (i = 0; i < 2; i++) 
  19.     { 
  20.         printf("name is:%s,age is:%d,work is:%s\n",persons[i].name,persons[i].age,persons[i].work); 
  21.     } 
  22. } 

上述这是比较初级的写法，如果对 C 语言了解的更多一点的人在写这段程序的时候，会使用函数指针的方式将代码写的更加巧妙，代码如下所示：

  1. #include <stdio.h> 
  2.  
  3. struct person 
  4. { 
  5.     char *name; 
  6.     int age; 
  7.     char *work; 
  8.  
  9.     void (*printInfo)(struct person *per); 
  10. }; 
  11.  
  12. void printInfo(struct person *per) 
  13. { 
  14.     printf("The people's name is:%s,age is:%d,work is:%s\n",per->name,per->age,per->work); 
  15. } 
  16.  
  17.  
  18. int main(int argc, char** argv) 
  19. { 
  20.     struct person per[2]; 
  21.  
  22.     per[0] = {"wenzi",18,"programer",printInfo}; 
  23.     per[1] = {"jiaojiao",18,"teacher",printInfo}; 
  24.  
  25.     per[0].printInfo(&per[0]); 
  26.     per[1].printInfo(&per[1]); 
  27. } 

使用了函数指针的方式来书写这个程序，程序也变得更加简介了，主函数里也少了 for循环。

C++ 的引入

那除此之外，还有更好的书写方式么，这个时候就要引入 C++ 的特性了，上述代码中在执行函数时都传入了参数，那要如何做才能将上述中的参数也省略去呢，且看如下的代码：

  1. #include <stdio.h> 
  2.  
  3. struct person 
  4. { 
  5.     char *name; 
  6.     int age; 
  7.     char *work; 
  8.  
  9.     void prinfInfo(void) 
  10.     { 
  11.          printf("The people's name is:%s,age is:%d,work is:%s\n",name,age,work);        
  12.     } 
  13. }; 
  14.  
  15. int main(int argc, char** argv) 
  16. { 
  17.     struct person persons[] = { 
  18.         {"wenzi", 18,"program"}, 
  19.         {"jiao", 18, "teacher"}, 
  20.     }; 
  21.  
  22.     persons[0].prinfInfo(); 
  23.     persons[1].prinfInfo(); 
  24.  
  25.     return 0; 
  26. } 

上述代码中使用了 C++ 的特性，在结构体中定义了函数，然后也就可以直接调用函数了，跟上面 C 语言的代码相比较，它没了实参，而且代码看起来也比 C 语言更加简洁了。

实际在 C++ 中它具有自己独有的一套机制来实现上述的代码，也就是即将说明的 class,有了 class 之后，我们就可以这样书写代码：

  1. #include <stdio.h> 
  2.  
  3. class person 
  4. { 
  5. public: 
  6.     char * name; 
  7.     int age; 
  8.     char * work; 
  9.  
  10.     void printInfo(void) 
  11.     { 
  12.         printf("The people's name is:%s,age is:%d,work is:%s\n",name,age,work);  
  13.     } 
  14. } 
  15.  
  16. int main(int argc, char** argv) 
  17. { 
  18.     person persons[] = { 
  19.         {"wenzi", 18,"program"}, 
  20.         {"jiao", 18, "teacher"}, 
  21.     }; 
  22.  
  23.     persons[0].prinfInfo(); 
  24.     persons[1].prinfInfo(); 
  25.  
  26.     return 0; 
  27. } 

上述就是关于 C++ 的一个简单的引入过程。

C++ 数据访问控制

但是为了能够改变类里的数据，但是又要使得这个改变不要越界，避免胡乱地改变，我们可以这样来定义这个类：

  1. #include <stdio.h> 
  2. #include <iostream> 
  3.  
  4. class Person 
  5. { 
  6. private: 
  7.     char *name; 
  8.     int age; 
  9.     char *work; 
  10.  
  11. public: 
  12.     void PrintInfo(void) 
  13.     { 
  14.         cout << "name is:" << name << "age = "<< age << "work is:"<< work <<endl; 
  15.     } 
  16. }; 

这样定义一个类之后，类里面的数据成员就变成了私有的，不能够在外部进行访问，比如下面这样子就是错误的：

  1. int main(int argc, char ** argv) 
  2. { 
  3.     Person per; 
  4.     per.age = 10; // error 
  5. } 

上述这样进行数据的访问就是错误的，那么要如何进行访问呢，我们可以定义这样一个成员函数进行数据的读写，比如下面的代码所示：

  1. #include <stdio.h> 
  2. #include <iostream> 
  3.  
  4. using namespace std; 
  5.  
  6. class Person 
  7. { 
  8. private: 
  9.     char *name; 
  10.     int age; 
  11.     char *work; 
  12.  
  13. public: 
  14.     void PrintInfo(void) 
  15.     { 
  16.         cout << "name is:" << name << ",age = "<< age << ",work is:"<< work <<endl; 
  17.     } 
  18.  
  19.     void setName(char *n) 
  20.     { 
  21.         name = n; 
  22.     } 
  23.  
  24.     int setAge(int a) 
  25.     { 
  26.         if (a < 0 || a > 150) 
  27.         { 
  28.             age = 0; 
  29.             return 0; 
  30.         } 
  31.         age = a; 
  32.     } 
  33. }; 

这样定义了类之后，就可以访问私有成员了，比如下面这样进行：

  1. int main(int argc, char **argv) 
  2. { 
  3.     Person per; 
  4.     per.setName("wenzi"); 
  5.     per.setAge(24); 
  6.     per.PrintInfo(); 
  7.  
  8.     return 0; 
  9. } 

上述代码加入了 private 访问控制符，通过在类里面定义成员函数的方式，能够对私有成员进行读写。

this 指针

再来看上述的代码，我们可以看到在书写 setName 和 setAge这两个函数的时候，形参写的是 char *n 和 int a，这样子给人的感觉就不是那么的直观，如果写成 char *name 和 char *age 呢，比如成员函数是像下面这样子编写的。

  1. void setName(char *name) 
  2. { 
  3.     name = name; 
  4. } 
  5.  
  6. int setAge(int age) 
  7. { 
  8.     if (age < 0 || age > 150) 
  9.     { 
  10.          age = 0; 
  11.          return 0; 
  12.     } 
  13.         age = age; 
  14. } 

上述代码也很容易看出问题，根据 C 语言的就近原则，name = name没有任何意义，这个时候就需要引入 this 指针。引入 this 指针之后的代码如下所示：

  1. #include <iostream> 
  2. #include <stdio.h> 
  3.  
  4. using namespace std;  
  5.  
  6. class Person { 
  7. private: 
  8.     char *name; 
  9.     int age; 
  10.     char *work; 
  11.  
  12. public: 
  13.     void setName(char *name) 
  14.     { 
  15.         this->name = name; 
  16.     } 
  17.     int setAge(int age) 
  18.     { 
  19.         if (age < 0 || age > 150) 
  20.         { 
  21.             this->age = 0; 
  22.             return -1; 
  23.         } 
  24.         this->age = age; 
  25.         return 0; 
  26.     } 
  27.     void printInfo(void) 
  28.     { 
  29.         cout << "name =" << name << ", age =" << age << endl; 
  30.     } 
  31. }; 
  32.  
  33. int main(int argc, char **argv) 
  34. { 
  35.     Person per; 
  36.     per.setName("wenzi"); 
  37.     per.setAge(25); 
  38.     per.printInfo(); 
  39. } 

在上述代码中，引入了 this 指针，通过上述代码也可以非常清楚它的意思，就是代表当前实例化的对象，能够指向当前实例化对象的成员。

程序结构

上述代码中，成员函数是在类里面实现的，这样使得整个类看着十分的臃肿，我们可以按照如下的方式进行书写：

  1. #include <stdio.h> 
  2.  
  3. class Person 
  4. { 
  5. private: 
  6.     char *name; 
  7.     int age; 
  8.     char *work; 
  9.  
  10. public: 
  11.     void SetName(char *name); 
  12.     int SetAge(int age;) 
  13.     void PrintInfo(void); 
  14. } 
  15.  
  16. void Person::SetName(char *name) 
  17. { 
  18.     this->name = name; 
  19. } 
  20.  
  21. void Person::SetAge(int age) 
  22. { 
  23.     this->age = age; 
  24. } 
  25.  
  26. void Person::PrintInfo(void) 
  27. { 
  28.     cout << "name = " << name << "age = " << age << endl; 
  29. } 

通过在类外面实现我们的成员函数，看起来要更为简洁一些，上述就是代码的实现形式。

多文件

上述代码中，我们都是将代码写在一个文件中，这样当代码量很大的时候，如果代码都是在一个文件里，那么会使得代码难以阅读，这个时候，我们就会将代码分别放在几个文件中来进行管理，比如实现上述相同的功能，我们的代码结构如下图所示：

image-20210110120503456

其中 main.cpp文件中的内容如下所示：

  1. #include <stdio.h> 
  2. #include "person.h" 
  3.  
  4. int main(int argc, char **argv) 
  5. { 
  6.     Person per; 
  7.  
  8.     //per.name = "zhangsan"; 
  9.     per.setName("zhangsan"); 
  10.     per.setAge(200); 
  11.     per.printInfo(); 
  12.  
  13.     return 0; 
  14. }   

可以看到在上述 main.cpp中包含了 #include "person.h"头文件，实际上是在 person.h文件中定义了 person类，person.h文件的内容如下：

  1. #ifndef __PERSON_H__ 
  2. #define __PERSON_H__ 
  3.  
  4. class Person { 
  5. private: 
  6.     char *name; 
  7.     int age; 
  8.     char *work; 
  9.  
  10. public: 
  11.     void setName(char *name); 
  12.     int setAge(int age); 
  13.     void printInfo(void); 
  14. }; 
  15.  
  16. #endif 

然后，在 person.cpp中定义了成员函数：

  1. #include <stdio.h> 
  2. #include "person.h" 
  3.  
  4. void Person::setName(char *name) 
  5. {   
  6.     this->name = name; 
  7. } 
  8.  
  9. int Person::setAge(int age) 
  10. { 
  11.     if (age < 0 || age > 150) 
  12.     { 
  13.         this->age = 0; 
  14.         return -1; 
  15.     } 
  16.     this->age = age; 
  17.     return 0; 
  18. } 
  19.  
  20. void Person::printInfo(void) 
  21. { 
  22.     printf("name = %s, age = %d, work = %s\n", name, age, work);  
  23. } 

在有了上述三个文件之后，要如何进行编译呢，这个时候就需要写一个 Makefile文件，接下来简单介绍一下 Makefile语法。

Makefile

总的来说 Makefile的规则核心就如下所示：

  1. target ... :prerequisites 
  2. command 
  3. ... 
  4. ... 

target也就是一个目标文件，可以是Object File,也可以是执行文件。还可以是一个标签

prerequisites就是要生成那个target所需要的文件或者是目标

command就是make所要执行的命令(任意的Shell)

说了核心的东西，来看我们当前所编写的 Makefile文件，Makefile文件如下所示：

  1. person: main.o person.o 
  2.     g++ -o $@ $^ 
  3.  
  4. %.o : %.cpp 
  5.     g++ -c -o $@ $< 
  6.  
  7. clean: 
  8.     rm -f *.o person     

在这里所要明确的一点是这样的，就是在 Makefile中，必须使用 Tab 键来进行缩进。然后，需要明确的一个概念是，要使得代码能够执行，需要经过 编译 -> 链接 -> 执行，这三个过程才能够运行，编译是把源文件编译成中间代码，这个中间代码在 UNIX 是 .o 文件，然后再把大量的 .o 文件合成可执行文件，这个过程就是 链接，最后，执行我们链接好的可执行文件。

我们来看上述这个 Makefile文件，person是最终的可执行文件，然后，要生成这个可执行文件，需要 main.o文件和 person.o文件,然后执行这个操作需要的是第二条命令，g++ -o $@ $^,其中 $@ 表示的是目标文件，$^表示的是所有依赖文件。

然后，紧接着看第三条，%.o : %.cpp,这里表示的是通配符，表示的是所有的 .o 文件和所有的 .cpp 文件，意思就是说要生成的所有的 .o 文件依赖于 .cpp 文件，然后，执行的命令是 g++ -c -o $@ $<其中表示的是第一个依赖文件。

最后，我们需要清楚，在编译过程中，生成了一些中间文件以及可执行文件，如果我们想要清除掉当前生成的文件，那么只需要执行 make clean就可以清除掉生成的 .o文件以及 person文件。

函数重载

C++ 不允许变量重名，但是对于函数来说，可以允许重载，只要函数的参数不同即可，这样就完成了函数的重载，直接来看一段关于函数重载的代码：

  1. #include <iostream> 
  2.  
  3. using namespace std; 
  4.  
  5. int add(int a, int b) 
  6. { 
  7.     cout<<"add int+int"<<endl; 
  8.     return a+b; 
  9. } 
  10.  
  11. int add(int a, int b, int c) 
  12. { 
  13.     cout<<"add int+int+int"<<endl; 
  14.     return a+b+c; 
  15. } 
  16.  
  17. double add(double a, double b) 
  18. { 
  19.     cout<<"add double+double"<<endl; 
  20.     return a+b; 
  21. } 
  22.  
  23. double add(int a, double b) 
  24. { 
  25.     cout<<"add int+double"<<endl; 
  26.     return (double)a+b; 
  27. } 
  28.  
  29. double add(double b, int a) 
  30. { 
  31.     cout<<"add double+int"<<endl; 
  32.     return (double)a+b; 
  33. } 
  34.  
  35.  
  36. int main(int argc, char **argv) 
  37. { 
  38.     add(1, 2); 
  39.     add(1, 2, 3); 
  40.     add(1.0, 2.0); 
  41.     add(1, 2.0); 
  42.     add(1.0, 2); 
  43.  
  44.     return 0; 
  45. } 

代码很简单，就是两数相加的一个运算，但是两数相加的形参不一样，有的形参是两个整型的相加，还有是一个整型和浮点数的相加，因为 C++ 重载的功能，因此，得以定义多个函数名相同但是形参和返回值都不同的函数，从而在主函数实现了不同类型数的相加。

引用和指针

在 C语言中是没有引用的，在 C++ 中引用的提出也使得之前在 C 语言中必须使用指针的操作，现在可以使用引用完成了，但是引用又不是指针，简单来说，引用是一个变量的别名，也就是“绰号”，对于这个别名的操作也就完全等同于被引用变量的操作。为了看是否真的是别名，我们来实验这样一段代码：

  1. #include <iostream> 
  2.  
  3. using namespace std; 
  4.  
  5. int main(int argc,char **argv) 
  6. { 
  7.     int m; 
  8.     m = 10;  
  9.  
  10.     int &n = m; 
  11.  
  12.     int *p = &m; 
  13.     int *p1 = &n; 
  14.  
  15.     cout << "n =" << n << endl; 
  16.     cout << "p =" << p << endl; 
  17.     cout << "p1 =" << p1 << endl; 
  18.  
  19.     return 0;  
  20.  
  21. } 

上述这段代码中输出的就是 n 的值，和 m 以及 n 变量的地址，我们来看输出的内容：

image-20210112235421638

可以看到代码中虽然是对 m 进行了赋值，但是在输出 n 的时候，输出的是 m 的值，也就是说在这里对于 n 的操作是完全等同于 m 的，紧接着，我们来证实 n 是否是 m 的别名，那么我们就来看 n 和 m 的地址，可以看到我们输出的两个变量的地址也是完全一致的，这也就证实了我们的说法。

接下来，看一段指针，引用，常规形参的一段代码，代码如下所示：

  1. #include <iostream> 
  2.  
  3. using namespace std; 
  4.  
  5. int add_one(int a) 
  6. { 
  7.     a = a+1; 
  8.     return a; 
  9. } 
  10.  
  11. int add_one(int *a) 
  12. { 
  13.     *a = *a + 1; 
  14.     return *a; 
  15. } 
  16.  
  17. int add_one_ref(int &b) 
  18. { 
  19.     b = b+1; 
  20.     return b; 
  21. } 
  22.  
  23. int main(int argc, char **argv) 
  24. { 
  25.     int a = 99; 
  26.         int &c = a; 
  27.     cout<<add_one(a)<<endl; 
  28.     cout<<"a = "<<a<<endl; 
  29.  
  30.     cout<<add_one(&a)<<endl; 
  31.     cout<<"a = "<<a<<endl; 
  32.  
  33.     cout<<add_one_ref(a)<<endl; 
  34.     cout<<"a = "<<a<<endl; 
  35.  
  36.         c++; 
  37.  
  38.     cout<<"a = "<<a<<endl; 
  39.     cout<<"c = "<<c<<endl; 
  40.  
  41.     return 0; 

根据上述对于引用的阐述，我们直接给出运行结果，运行结果如下所示：

image-20210113000240223

具体的计算过程就不再这里赘述了。

小结

OK，上述就是关于 C++ 的一个简单的引入的过程以及其涉及到的一部分有别于C语言的语法，本教程将持续连载，欢迎各位朋友关注~

本小节所涉及的代码可以通过百度云链接的方式获取：链接：https://pan.baidu.com/s/1RWPXiqiFCVApcfTdaHyDgw

提取码：j9hd

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