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3 数据抽象和类I

抽象数据类型

抽象数据类型（Abstract Data Type，简称 ADT）是计算机科学中一个非常核心的概念。它的核心思想是封装和信息隐藏。描述内容包括：

  • 属性（property） - 关于事物数据特征
  • 方法（method）- 关于事物的行为与操作特征

ADT 的两个关键层面

一个 ADT 由两个部分组成，这体现了“接口”与“实现”的分离：

  1. 接口/规范/声明 (Interface)

    • 定义了该类型数据的取值范围（比如“栈”里只能存整数）和可执行的操作（比如“入栈”、“出栈”）。
    • 这是用户唯一需要关心的部分。

  2. 实现 (Implementation)

    • 为了完成接口定义的功能，在计算机内部所采用的具体存储结构（如数组或链表）和算法。
    • 这部分对用户是隐藏的，是“黑盒”。

声明和实现分离使得模块之间仅通过接口（头文件）通信，内部实现细节互不可见，降低了模块间的依赖关系，使得代码更灵活、更易维护。

ADT 与数据结构的关系

  • 抽象数据类型 (ADT)：是逻辑层面的概念，是“蓝图”或“规范”。
  • 数据结构 (Data Structure)：是物理层面的概念，是“具体建筑”或“实现”。

同一个 ADT（如“栈”），可以用不同的数据结构（如“数组”或“链表”）来实现。选择哪种数据结构，取决于你对性能（时间/空间复杂度）的具体需求。

类的声明

语法

类关键词  类标识符 {
    访问说明符:（可选）
        数据成员声明序列;
        函数成员声明序列;
};

  • 类关键词：class或struct或union之一

  • 访问说明符：

    • public 公有，表示后续成员是对象使用者可访问
    • private 私有，表示后续成员仅对象内部可访问
    • protected 受保护，本类内部和派生类（子类）内部可以访问
    • 不写的时候默认是private

  • 类成员：

    • 数据成员，按声明顺序存储，对齐规则同C。一般设计中，数据成员需要隐藏保护。需要通过函数成员访问。
    • 函数成员，公有成员可以被外部使用者访问；私有成员仅内部访问；const 函数成员不能修改数据成员。
class DATE {
    public:
        void Set( int, int, int );
        int getMonth() const;
        int getDay() const;
        int getYear() const;
        void Print() const; //这就是const函数，不能修改数据成员
        void Increment();
        void Decrement();
    private:
        int month;
        int day;
        int year;
};

const成员函数：表示该函数不会修改对象的任何成员变量（除了被声明为 mutable的变量）。const是函数签名的一部分。带 const和不带 const被视为两个不同的函数。头文件（.h）中的函数声明带有 const修饰符，在源文件（.cpp）中的函数定义也必须有 const。

int getLength() const;   //在.h文件中
int Rectangle::getLength() const {  // 在.cpp文件中
    return length;
}

在C++中，如果类的成员函数的参数名与类的成员变量名相同，需要使用 this指针​ 或 成员初始化列表​ 来区分和正确赋值。

class MyClass {
private:
    int value; // 成员变量
public:
    // 构造函数：参数名与成员变量名相同，都是 value
    MyClass(int value) {
        this->value = value; // 用 this-> 指明左侧是成员变量
    }
    void setValue(int value) {
        this->value = value; // 赋值给成员变量
    }
};

struct和class关键字

C 语言：

  • 在纯粹的C89/C99标准C语言中，struct只能包含成员变量（数据），不能直接包含成员函数（操作）的定义。导致数据与操作的函数分离。
  • 结构体类型名称是 struct identifer

C++：

  • 类关键包括 class，struct，union，除了可以包含成员变量，还可以包含成员函数
  • 类型名称就是标识符，是 xxx 不是 struct xxx
  • struct 定义的类成员默认是公有的
  • class 定义的类成员默认是私有的。除此之外，class 和 struct 语法和语义没有区别

内联

内联是C/C++中的一种优化机制，建议编译器将函数调用处直接替换为函数体代码，以避免函数调用的额外开销（压栈、跳转、返回等）。

  • 目的：用空间换时间。牺牲代码体积（可能膨胀），换取执行速度（消除调用开销）。
  • 方式：在函数声明前加关键字 inline。
  • 本质：对编译器的建议。编译器有权拒绝，最终是否内联由编译器优化策略决定。

在类定义内直接实现的成员函数自动视为inline建议。

类与对象

  • 类
  • 是用户定义的数据类型，它表示一个 ADT。在 C++中，它有属性（数据成员）和能操作数据成员的行为（函数成员）

  • 本质上是定义一个数据类型的蓝图，或者是一个模板。并没有实际数据

  • 对象

  • 类定义的变量称为对象（objects）或者类的实例（instances）

  • 自动对象或动态申请的对象的默认初始化值为不确定。

  • 客户端

  • 使用类的软件称为客户端代码。
  • 客户端代码使用对象的公有方法去处理对象的数据。

创建对象

类名 对象名

访问成员变量和函数

在对象上使用点运算符（.）date.flag