在上一期的“數(shù)組和基本順序結(jié)構(gòu)”一文中我們講到，優(yōu)秀的程序員自覺地把函數(shù)分為基本操作函數(shù)和應(yīng)用函數(shù)，然后把基本操作函數(shù)和基本順序表結(jié)構(gòu)看作一個整體，當(dāng)作一個類型，用于應(yīng)用函數(shù)即程序的設(shè)計和實現(xiàn)，表1簡要概括了這些內(nèi)容。

可是C語言編譯器沒有把這兩類函數(shù)區(qū)別開，它們的聲明、定義和調(diào)用方式都一樣。不僅如此，它們對結(jié)構(gòu)成員的訪問權(quán)限也一樣，應(yīng)用程序可以直接訪問結(jié)構(gòu)成員，例如表1中的Purge函數(shù)可以修改為：

void Purge(SeqList *L)

//刪除表中的重復(fù)數(shù)據(jù)

{

int i，j;

for(i=0;i＜L-＞size;i++)//直接訪問結(jié)構(gòu)成員size

{

j=i+1;

while(j＜L-＞size)

if(L-＞data[i]==L-＞data[j]) //直接訪問結(jié)構(gòu)成員data

Erase(L，j);

else

j++;

}

}

而C++編譯器克服了C的局限性，實現(xiàn)程序員的設(shè)計方法，從概念和語法兩個方面把兩類函數(shù)區(qū)分開來。

1.從C基本順序表到C++基本順序表類的轉(zhuǎn)換

下面我們分十步把表1中簡化的C基本順序表結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為C++基本順序表類。

① 布爾型函數(shù)。C++增加了布爾型，它占用一個字節(jié)，僅取兩個值：真和假(true和1)，對應(yīng)的整型值是1和0。于是，對取真假值的函數(shù)，應(yīng)將其返回值定義為布爾型。例如：

bool ListEmpty(const SeqList *l);//判空

② 將宏常量改為const常量。例如將

#define MaxSeqSize 100

改為

const int MaxSeqSize=100;

在C++中一般都用const常量或者枚舉常量來代替宏常量，這是因為宏代表的是在預(yù)處理階段完成的一種文本替換過程，它忽略了語言的作用域、類型系統(tǒng)和所有其他的語言特性和規(guī)則，這使它和語言本身割裂開來。

③ 常量型引用調(diào)用。把帶有形式數(shù)據(jù)類型參量的值調(diào)用函數(shù)改為常量型引用調(diào)用[1]：

void InsertRear(SeqList *l， const Type item);//尾插

④ 函數(shù)類型是常量型引用。若函數(shù)類型是形式數(shù)據(jù)類型，則將其改為常量型引用[1]：

const Type GetData(const SeqList *l，int id);//取值

⑤ 重載。簡化求長和判空等函數(shù)名：

int Size(const SeqList *l);//求長。取元素個數(shù)

bool Empty(const SeqList *l);//判空

在C語言中，函數(shù)名代表函數(shù)地址，因此不同的函數(shù)必須有不同的函數(shù)名，即使參數(shù)表不同而功能相同的函數(shù)，也要賦予不同的函數(shù)名。例如，在基本順序表、基本順序隊列和基本順序棧中的求長基本操作，雖然功能一樣，但是函數(shù)名必須有別：

int ListSize(const SeqList *l);//基本順序表求長

int QSize(const Queue *q);//基本順序隊列求長

int StSize(const Stack *s);//基本順序棧求長

顯然，這給程序設(shè)計和閱讀帶來不必要的麻煩。按照簡約的習(xí)慣，功能相同的函數(shù)，即使參數(shù)表不同，也應(yīng)具有相同的函數(shù)名，例如：

int Size(const SeqList *l);//基本順序表求長

int Size(const Queue *q);//基本順序隊列求長

int Size(const Stack *s);//基本順序棧求長

可是函數(shù)名相同而參數(shù)表不同的函數(shù)如何對應(yīng)不同的地址呢？一種簡單的方法是建立一個映射，使函數(shù)名和參數(shù)表對應(yīng)一個新的函數(shù)名。這個映射是單一的：只要函數(shù)名和參數(shù)表有一處不同，所對應(yīng)的新的函數(shù)名就不同。我們讓這個新的函數(shù)名對應(yīng)函數(shù)的地址，這項工作由C++編譯器來完成。它根據(jù)參量表的參量個數(shù)和類型對函數(shù)名進(jìn)行擴(kuò)展，形成函數(shù)的內(nèi)部名稱，這個內(nèi)部名稱對應(yīng)函數(shù)地址。例如，求長函數(shù)經(jīng)編譯器擴(kuò)展后的內(nèi)部名稱可能是：

Size_const_SeqList*

Size_const_Queue*

Size_const_Stack*

當(dāng)然，不同的編譯器，擴(kuò)展方法可能不同，但實質(zhì)相同。

⑥ 成員函數(shù)。首先，將構(gòu)造函數(shù)和基本操作函數(shù)參量表中的結(jié)構(gòu)指針l改名為this，例如：

void SetList(SeqList *this);//給元素個數(shù)size賦值0

int Size(const SeqList *this);//求長

bool Empty(const SeqList *this);//判空

const Type GetData(const SeqList *this，int id);

//取值

void InsertRear(SeqList *this， const Type item);

//尾插

void Delete(SeqList *this， int id);//定點刪除

錯誤信息報告函數(shù)沒有結(jié)構(gòu)指針參量，需要補上(補上的this指針在定義中沒有用，我們稱它為啞元)，然后將函數(shù)名簡化：

void Error(const SeqList *this，const char *c);//錯誤信息報告

接下來，將this指針隱藏，指向常量指針this的const修飾符移到參量表括號之后。最后，將構(gòu)造函數(shù)和基本操作函數(shù)放入結(jié)構(gòu)體內(nèi)，成為結(jié)構(gòu)的成員，稱為成員函數(shù)，后帶const修飾符的函數(shù)稱為常量型成員函數(shù)：

const int MaxSeqSize=100;

struct SeqList

{

Type data[MaxSeqSize];

int size;

void SetList(void);//構(gòu)造函數(shù)

int Size (void)const; //常量型成員函數(shù)

bool Empty(void)const;

void InsertRear(const Type item);

const Type GetData(int id)const;//常量型成員函數(shù)

void Erase(int id);

void Error(const char *c)const; //常量型成員函數(shù)

};

成員函數(shù)的調(diào)用方式發(fā)生變化，設(shè)L為表結(jié)構(gòu)變量，原來是

ListSize(L);//L基本順序表結(jié)構(gòu)變量

Erase(L，1);

現(xiàn)在是

L.Size();

L.Erase(1);

設(shè)L為表結(jié)構(gòu)指針，原來是

ListSize(L);

//L基本順序表結(jié)構(gòu)變量指針

Erase(L，1);

現(xiàn)在是

L-＞Size();

L-＞Erase(1);

C++編譯器對新的調(diào)用方式在內(nèi)部展開的過程與上面生成函數(shù)成員的過程正相反。例如：

L.Size();

內(nèi)部展開過程首先是顯示this指針參量，然后根據(jù)參量表擴(kuò)展函數(shù)名，擴(kuò)展之后，函數(shù)的內(nèi)部原型可以假設(shè)是

int _ListSize(const SeqList*this);

然后調(diào)用形式為：

_ListSize(L);

實質(zhì)上與原來相同，但是意義大不一樣：成員函數(shù)屬于結(jié)構(gòu)的成員，由結(jié)構(gòu)變量負(fù)責(zé)調(diào)用，而且成員函數(shù)中隱藏的this指針就指向那個調(diào)用它的結(jié)構(gòu)變量。

原來一個結(jié)構(gòu)空間的大小是其數(shù)據(jù)成員空間大小之和，現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中包含了函數(shù)成員，是否結(jié)構(gòu)空間就變大了？答案是沒有。從圖1演示的成員函數(shù)調(diào)用的內(nèi)部過程我們不難理解，新的結(jié)構(gòu)與原來的結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是相同的，只是編譯器的工作多了，函數(shù)和調(diào)用有了內(nèi)部展開形式。

⑦ 成員函數(shù)定義。成員函數(shù)的定義可以在結(jié)構(gòu)體內(nèi)，也可以在結(jié)構(gòu)體外。在結(jié)構(gòu)體內(nèi)定義，等于內(nèi)聯(lián)函數(shù)；在結(jié)構(gòu)體外定義，等于函數(shù)類型標(biāo)識符和函數(shù)名之間要加入結(jié)構(gòu)名和域解析運算符“::”，以區(qū)別于一般的實用函數(shù)。在函數(shù)定義體內(nèi)，this指針可以顯示，也可以隱藏。

const int MaxSeqSize=100;

struct SeqList

{

Type data[MaxSeqSize];

int size;

void SetList(void);

int Size (void)const{return(size);}// return(this-＞size);

//在結(jié)構(gòu)體內(nèi)定義

bool Empty(void)const;

……

};

bool SeqList::Empty() const//在結(jié)構(gòu)體外定義

{

return(size==0);//return(this-＞size==0);

}

⑧ 構(gòu)造函數(shù)?，F(xiàn)在從聲明、定義和調(diào)用三個方面把基本操作函數(shù)與實用功能函數(shù)區(qū)分開了，接下來我們區(qū)分構(gòu)造函數(shù)和基本操作函數(shù)。在基本順序表中，構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行過程是：

Seqlis L;

SetList(L);//調(diào)用構(gòu)造函數(shù)

這兩條語句是不能分開的，它們一起完成了基本順序表的創(chuàng)建。C++把這兩條語句合并為一條。具體方法是：把構(gòu)造函數(shù)名和結(jié)構(gòu)名統(tǒng)一，都是SeqList，使語句

Seqlis L;

蘊涵著調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。因為構(gòu)造函數(shù)是基本順序表定義的一部分，所以它的頭應(yīng)該是結(jié)構(gòu)名稱，不含返回值類型說明。又因為它的內(nèi)容需要程序員定義，所以保留了函數(shù)體。

struct SeqList

{……

SeqList(void);//構(gòu)造函數(shù)聲明，名稱與結(jié)構(gòu)名稱相同，而且取消了函數(shù)返回值類型

……

};

SeqList::SeqList (void)//構(gòu)造函數(shù)外部定義

{

size=0;//this-＞size=0;

}

⑨ 訪問權(quán)限。在基本順序表中，各種函數(shù)都可以直接訪問結(jié)構(gòu)成員，沒有區(qū)別。C++在結(jié)構(gòu)中增加了訪問權(quán)限，一般分私有和公有。私有成員只能由結(jié)構(gòu)成員訪問，即對結(jié)構(gòu)成員公開，而結(jié)構(gòu)以外的函數(shù)只能訪問公有成員。公有部分是任何函數(shù)都可以直接訪問或使用的，即對外公開、可見。

const int MaxSeqSize=100;

struct SeqList

{

private://私有聲明

Type data[MaxSeqSize];

int size;

void Error(const char *c)const;//私有函數(shù)

public://公有聲明

SeqList(void);//構(gòu)造函數(shù)

int Size (void)const;

bool Empty(void)const;

void InsertRear(const Type item);

const Type GetData(int id)const;

void Erase(int id);

};

結(jié)構(gòu)以外的函數(shù)“看不見”結(jié)構(gòu)中的私有部分。例如，實用功能函數(shù)Purge是不能直接訪問結(jié)構(gòu)成員data、size和Error，只能通過公有成員函數(shù)來處理：

void Purge(SeqList *L)

//刪除表中的重復(fù)數(shù)據(jù)

{

int i，j;

for(i=0;i＜L-＞Size();i++)

{

j=i+1;

while(j＜L-＞Size())

if(L-＞GetData(i)==L-＞GetData(j))

L-＞Erase(j);

else

j++;

}

}

⑩ new和delete運算符。構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用屬于順序表定義語句的一部分，意義是：誰創(chuàng)建順序表空間，誰就負(fù)責(zé)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)給空間賦初值。這時，原有的動態(tài)分配函數(shù)malloc就不實用了。下面通過表2的對比來認(rèn)識新的運算符new和delete。

與malloc不同，new負(fù)責(zé)調(diào)用構(gòu)造函數(shù)。與free不同，delete釋放動態(tài)數(shù)組空間要加下標(biāo)運算符“[]”。

結(jié)構(gòu)體包含成員函數(shù)之后，其關(guān)鍵字struct通常換為class，稱為類，也可以沿用struct。它們的差別主要是：類(class)的默認(rèn)項是私有的，在類中，私有成員的說明符private可以省略；而結(jié)構(gòu)(struct)的默認(rèn)項是公有的，公有成員的說明符public可以省略。何時用結(jié)構(gòu)，何時用類？一般程序員的做法是：僅含公共數(shù)據(jù)成員，不含接口(即成員函數(shù))時，采用結(jié)構(gòu)，應(yīng)用程序看到的即為數(shù)據(jù)成員的實際格式；否則采用類，數(shù)據(jù)成員的實際格式對外是不可見的、封裝的，是可以改造的，應(yīng)用程序只能通過接口(即公有成員函數(shù))來操作數(shù)據(jù)成員。例如：

struct Student//結(jié)構(gòu)

{

long ID;float g;//ID表示學(xué)號，g表示成績

};

class SeqList//類

{

private://私有聲明(可以省略)

Type data[MaxSeqSize];

int size;

void Error(const char *c)const;//私有函數(shù)

public://公有聲明

SeqList(void);//構(gòu)造函數(shù)

……

};

由類定義的變量通常稱為對象。類的成員函數(shù)也稱為方法，而且成員函數(shù)只能通過類的對象來調(diào)用。我們說基于對象的程序設(shè)計，就包含了這一層意思。例如：

L.Erase(1);//對象L調(diào)用成員函數(shù)Erase，刪除第2個數(shù)據(jù)元素

但是，不能用這種方式調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，即

L.SeqList();//非法

因為構(gòu)造函數(shù)是用來創(chuàng)建對象的，此時L還不是也不能是對象。

2C++基本順序表類的聲明和實現(xiàn)

前面我們通過變換引入了C++順序表類，表3和表4分別對比了C++基本順序表類和C基本順序表結(jié)構(gòu)的聲明和實現(xiàn)，表5對比了C++基本順序表類應(yīng)用程序和C基本順序表結(jié)構(gòu)應(yīng)用程序。

參考文獻(xiàn)

[1] 王立柱. C/C++與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(第3版)(上冊)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社， 2008.214，216.