李良福

[摘要]C++語言是一門面向?qū)ο蟮母呒壵Z言，與C語言相比出現(xiàn)了很多新的概念，正確理解與應(yīng)用這些新的概念是學(xué)好C++語言的關(guān)鍵。本文對引用與指針的概念以及使用方法的區(qū)別進(jìn)行了詳細(xì)的描述，還對普通指針、指向常量的指針和常指針三種指針?biāo)赶虻膬?nèi)容和指針本身能否改變進(jìn)行了對比，對基類中具有不同訪問屬性的成員經(jīng)過不同方式繼承之后在派生類中的訪問權(quán)限也進(jìn)行了比較，對不同重載方式下運(yùn)算符重載函數(shù)參數(shù)的個(gè)數(shù)也進(jìn)行了總結(jié)。通過對這些概念的理解和應(yīng)用，可以提高大學(xué)生初學(xué)者和程序員的學(xué)習(xí)與編程能力。本文作者的教學(xué)實(shí)踐表明，本文的關(guān)鍵概念教學(xué)實(shí)踐起到了良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵字]面向?qū)ο?C++語言 關(guān)鍵概念 教學(xué)探索

[中圖分類號]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

一、引言

C++語言是在C語言基礎(chǔ)上發(fā)展的一門面向?qū)ο蟮母呒壋绦蛟O(shè)計(jì)語言，全面兼容C語言[1]。C++語言采用面向?qū)ο蟮乃枷?，將客觀事物看作是具有屬性和行為的對象，能夠更為直接地描述客觀世界中存在的對象以及它們之間的關(guān)系[2～3]。目前C++語言是大多數(shù)電子、信息、計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)中非常重要的程序設(shè)計(jì)課程，也是這些大學(xué)生在學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課、進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)、以后上研究生或參加工作從事計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)的主要編程語言。本人在多年的教學(xué)探索與實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，大學(xué)生對很多新概念的理解方面存在概念模糊、混淆不清的情況，這主要是C++語言有很多新的概念難以理解，僅憑大學(xué)生在初次學(xué)習(xí)時(shí)很難對這些概念實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確理解和掌握，需要教師在授課前提前將這些概念進(jìn)行備課總結(jié)，在上課時(shí)采用表格形式在多媒體課件中播放，這樣能夠極大提高學(xué)生對這些概念的領(lǐng)悟和理解能力[4]。本人根據(jù)多年的教學(xué)工作實(shí)踐，總結(jié)出了多個(gè)大學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)難以區(qū)分和理解的概念，例如引用與指針的概念的區(qū)別，普通指針、指向常量的指針和常指針三種指針的對比，以及公有、私有、保護(hù)三種繼承方式的區(qū)別都進(jìn)行了詳細(xì)的比較，對不同重載方式下運(yùn)算符重載函數(shù)參數(shù)的個(gè)數(shù)也進(jìn)行了總結(jié)，為大學(xué)生的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)提供了有效參考。

二、引用與指針概念的區(qū)別

引用是面向?qū)ο蟮腃++語言與C語言不同的一個(gè)重要概念，主要用于參數(shù)傳遞，引用的符號&與C語言的指針取地址運(yùn)算符&、進(jìn)行與操作的位運(yùn)算符&相同，需要進(jìn)行區(qū)分。當(dāng)&符號出現(xiàn)在程序中，判斷它究竟是引用、位運(yùn)算符還是取地址運(yùn)算符，可以首先看它是否為雙目運(yùn)算符，如果是雙目運(yùn)算符，則為位運(yùn)算符，例如：

則上述程序中&為位運(yùn)算符。

取地址運(yùn)算符&和引用運(yùn)算符&都是單目運(yùn)算符。取地址運(yùn)算符是位于一個(gè)已經(jīng)存在的變量的前面。

則上述程序中就是把整型變量a的地址賦給指針變量p。

引用是標(biāo)識符的別名。引用是C++中的概念，初學(xué)者容易把引用和指針混淆一起。例如，下面程序中，b是a的一個(gè)引用，a 是被引用物。

程序中的b相當(dāng)于a的別名（或稱綽號），對b的任何操作就是對a的操作。所以b既不是a的拷貝，也不是指向a的指針，其實(shí)b就是a自己。

在下面的示例程序中，c被初始化為a的引用。語句c =b并不能將c修改成為b的引用，只是把c的值改變成為10。由于c 是a的引用，所以a的值也變成了10。

上面的程序看起來有點(diǎn)像在玩文字游戲，沒有體現(xiàn)出引用的真正價(jià)值。其實(shí)，引用的主要目的和功能是傳遞函數(shù)的返回值和參數(shù)。在C語言中，函數(shù)的返回值和參數(shù)的傳遞方式只有兩種：值傳遞、指針傳遞；而在C++語言中，函數(shù)的返回值和參數(shù)的傳遞方式有三種：值傳遞、指針傳遞和引用傳遞。

下面兩個(gè)例子分別描述了指針和引用參數(shù)傳遞的用法：

1.采用指針進(jìn)行參數(shù)傳遞的例子

2.采用引用進(jìn)行參數(shù)傳遞的例子

1.從現(xiàn)象上看，指針在運(yùn)行過程中可以改變它所指向的值，而引用一旦和某個(gè)對象綁定之后就不會再進(jìn)行改變；

2.從內(nèi)存分配上看，程序會為指針變量分配一定的內(nèi)存區(qū)域，而引用是和一個(gè)已經(jīng)存在的對象綁定，不會再分配內(nèi)存區(qū)域；

3.從編譯上看，指針可以改變所指向的對象（指針變量中的值可以改變），而引用一旦綁定一個(gè)對象后就不會再進(jìn)行改變。

實(shí)際上“引用”可以做的任何事情“指針”也都可以實(shí)現(xiàn)，那為什么還要用“引用”這個(gè)概念？這是由于指針能夠毫無約束地操作內(nèi)存中的任何地址，盡管指針功能十分強(qiáng)大，但是非常危險(xiǎn)，很容易把一些重要數(shù)據(jù)破壞。而引用在使用時(shí)只是和一個(gè)已經(jīng)存在的合法的存儲單元關(guān)聯(lián)，不會產(chǎn)生一個(gè)空的引用。

三、指向常量的指針與常指針的區(qū)別

很多大學(xué)生在學(xué)習(xí)普通指針、指向常量的指針和常指針概念時(shí)混淆不清。由于指針功能十分強(qiáng)大，對上述各種指針概念不清楚，就很容易出現(xiàn)內(nèi)存操作隱患。如果我們希望指針?biāo)赶虻膬?nèi)容不被隨意改變，可以聲明指向常量的指針，此時(shí)不能通過指針來改變所指對象的值，但指針本身可以改變，可以指向另外的對象。如果我們希望指針本身不被改變，則可以聲明常指針，即指針類型的常量（聲明為地址類型的常量，指針本身就是常量），則指針本身的值不能被隨便改變。表2給出了普通指針、指向常量的指針和常指針在使用時(shí)指針本身和指針?biāo)赶虻膬?nèi)容能否被改變的總結(jié)。

下面給出了四個(gè)例子，分別表示指向常量的指針和常指針?biāo)赶虻膬?nèi)容以及指針本身能否被改變的情況。

1.指向常量的指針的例子，所指向的內(nèi)容不能改變

2.指向常量的指針的例子，指針本身的值可以改變

3.常指針的例子，指針本身不可改變

4.常指針的例子，常指針?biāo)赶虻膬?nèi)容能改變

四、私有、公有與保護(hù)成員的區(qū)別

很多學(xué)生在學(xué)習(xí)私有、公有與保護(hù)成員三個(gè)概念時(shí)混淆不清，在使用從基類中繼承而來的成員時(shí)不清楚在派生類中是什么訪問權(quán)限，從而導(dǎo)致程序編譯或運(yùn)行錯(cuò)誤?；惖某蓡T可以有public（公有類型）、protected（保護(hù)類型）、private（私有類型）三種訪問屬性。其實(shí)，結(jié)合自然語言中的繼承概念，學(xué)生就很容易理解。公有類型外界能夠看得見，能夠被繼承下去。保護(hù)類型外界看不見，但是也能夠被繼承下去。私有類型外界看不見，能夠被繼承下去，占用內(nèi)存空間，但是在派生類中不可直接訪問。保護(hù)類型的成員能夠被繼承下去，在派生類中可以直接訪問，但是外界看不見。類的繼承方式有public（公有繼承）、protected（保護(hù)繼承）、private（私有繼承）三種。不同的繼承方式，會導(dǎo)致原來具有不同訪問屬性的基類成員在派生類當(dāng)中具有不同的訪問屬性。表3給出了基類不同訪問屬性的成員經(jīng)過不同繼承方式后在派生類中的訪問權(quán)限。

從表3可以看出，基類的私有成員無論經(jīng)過何種繼承方式都不能在派生類當(dāng)中直接訪問，但是在派生類中占有內(nèi)存空間。在派生類外部，通過派生類的對象只能夠訪問到以公有方式從基類繼承過來的公有成員。

從表3中還可以看出，保護(hù)類型成員的訪問權(quán)限介于公有和私有之間。從橫向（外部訪問）看，保護(hù)類型的成員和私有類型的成員一樣，在外部通過派生類的對象不可直接訪問保護(hù)類型的成員。從縱向（繼承與派生關(guān)系）看，保護(hù)類型的成員和公有類型的成員一樣，能夠繼續(xù)派生到下一級的派生類中去。因此，保護(hù)類型的成員既實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享（縱向看），又實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)隱藏（橫向看），在數(shù)據(jù)的共享與保護(hù)之間找到了一個(gè)平衡點(diǎn)，有利于代碼的復(fù)用與擴(kuò)充。

五、運(yùn)算符重載函數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)的確定

普通的運(yùn)算符只能對基本類型的變量進(jìn)行運(yùn)算。C++提供了運(yùn)算符重載的功能，能夠?yàn)橐粋€(gè)已有的運(yùn)算符提供多重含義。重載后的運(yùn)算符能夠?qū)ψ远x數(shù)據(jù)類型的變量進(jìn)行運(yùn)算。在C++語言中，運(yùn)算符重載有兩種形式，分別是重載為類的成員函數(shù)和類的非成員函數(shù)。

重載為類的成員函數(shù)時(shí)，參數(shù)個(gè)數(shù)等于原來操作數(shù)的個(gè)數(shù)減去1（后置++、后置--運(yùn)算符除外）。如果某一個(gè)對象使用重載了的成員函數(shù)，對象自身的數(shù)據(jù)可以直接訪問，因此就不再需要放在參數(shù)表中進(jìn)行傳遞，少了的操作數(shù)就是該對象本身。

當(dāng)重載為非成員函數(shù)（通常為友元函數(shù)）時(shí)，由于友元函數(shù)不屬于任何一個(gè)類，利用友元函數(shù)對某一個(gè)對象的數(shù)據(jù)成員進(jìn)行操作時(shí)，就必須利用該對象的名稱來進(jìn)行，因此所有使用到的參數(shù)都必須進(jìn)行傳遞，參數(shù)個(gè)數(shù)等于原來操作數(shù)的個(gè)數(shù)（后置++、后置--運(yùn)算符除外），而且至少應(yīng)該有一個(gè)參數(shù)為自定義類型的形參。

在C++語言中，為了區(qū)別前置和后置的單目運(yùn)算符自增自減運(yùn)算，后置自增與自減單目運(yùn)算符要在形參列表中增加一個(gè)int類型的參數(shù)來區(qū)分。綜上所述，我們采用表4來總結(jié)一下不同重載方式下運(yùn)算符重載函數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)的確定方法。

從表4中可以看出，雙目運(yùn)算符重載為類的成員函數(shù)時(shí)參數(shù)為1個(gè)，重載為友元函數(shù)時(shí)參數(shù)為2個(gè)。前置自增、自減運(yùn)算符重載為類的成員函數(shù)時(shí)參數(shù)為0個(gè)，重載為友元函數(shù)時(shí)參數(shù)為1個(gè)；后置自增、自減運(yùn)算符重載為類的成員函數(shù)時(shí)參數(shù)為1個(gè)，重載為友元函數(shù)時(shí)參數(shù)為2個(gè)。

六、結(jié)論

本文對面向?qū)ο蟮腃++語言中幾個(gè)難以理解的概念進(jìn)行了詳細(xì)描述與分析，使得大學(xué)生在學(xué)習(xí)C++語言中一些新的概念時(shí)能夠得到很好的理解與應(yīng)用。本文中引用與指針概念的區(qū)別，各種指針使用方法的比較、各種繼承方式、運(yùn)算符重載函數(shù)參數(shù)的個(gè)數(shù)的總結(jié)都采用表格的形式進(jìn)行了對比，清晰明了，能夠提高大學(xué)生對面向?qū)ο蟮年P(guān)鍵概念的理解和掌握能力。

基金項(xiàng)目：本文研究得到了國家自然科學(xué)基金資助（項(xiàng)目編號：61201434）、中國博士后基金特別資助（項(xiàng)目編號：200902593）、教育部博士點(diǎn)基金資助（項(xiàng)目編號：20090202120002）。

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[4]范虹.論免費(fèi)師范生信息技術(shù)能力的培養(yǎng)[J]，中國電化教育，2011（5）： 31-34.

（作者單位：陜西師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院 陜西西安）