C++ 數據共享與保護

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1.作用域

作用域：一個標識符在程序正文中有效的區域。

函數原型（函數聲明）作用域

例如函數原型void Print(int a);，變量a的作用域為括號左右之間。

局部作用域

例如如下函數定義，變量a的作用域為大括號之間。

void Print(){
int a = 0;
std::cout << a << std::endl;
}

類作用域

X類的成員m具有類作用域（設其一個實例對象為x），以下是在不同環境下對m的訪問方法：

1.類內訪問：

直接通過標識符m訪問。

2.類外訪問：

普通成員通過x.m
類成員通過X::m
對象指針通過ptr->m

命名空間作用域

在XX命名空間中聲明的對象m，其作用域在命名空間之內。命名空間外想訪問該對象要以XX::m的方式進行。

namespace XX{  // 命名空間中聲明
 void Print();
}

XX::Print(){  // 命名空間外定義
 //Print函數的定義
}

XX::Print()  // 命名空間外使用

using語句可以簡化對命名空間內對象的訪問：

  • 1.使用using XX::Print;語句後，其後隻需要通過Print就可以調用該函數對象。
  • 2.使用using namespace XX;語句後，其後隻需要通過函數名就可以調用XX命名空間下的對象。

2.可見性

可見性：程序運行到某一點，能夠引用到的標識符，稱該標識符為可見的。
可見性隱藏規則：在多個具有包含關系的作用域聲明的同名標識符，外層標識符在內層不可見。
全局變量：可以被本程序所有對象或函數引用。

  • 在默認（全局）命名空間內聲明的對象為全局變量，默認本編譯單元內可以引用。
  • 通過關鍵詞extern聲明引用的全局變量為其他編譯單元中已經定義的全局變量。
  • 通過關鍵詞static聲明的全局變量隻能在本編譯單元中使用，不能在其他編譯單元用extern聲明引用。

局部變量：隻能在內部作用域內被引用

3.對象的生存期

生存期：從對象內存空間被分配到被釋放的期間。

靜態生存期：對象的生存期與程序的運行期相同。

  • 1.在命名空間內聲明的對象都具有靜態生存期。
  • 2.在局部作用域中用static關鍵詞聲明的對象具有靜態生存期，在對應局部作用域中具有可見性。

動態生存期：對象的生存期為聲明點到聲明點所在作用域的結束點之間。

4.類數據的共享

面向結構編程：

程序模塊：函數
數據共享方式：參數傳遞、全局變量

面向對象編程：

程序模塊：類
數據共享方式：類的靜態成員（類內數據共享）、類的友元（類外數據共享）

類的靜態數據成員（類屬性）：類變量由該類所有實例對象共享，用static修飾。
設X類的靜態成員為m，類的一個實例對象為x：

  • 類的靜態變量必須類內聲明，類外定義。
  • 在類的第一個實例對象初始化前初始化，在內存上隻有一份副本。
  • 類外定義時通過X::m進行引用，定義後可以通過實例對象進行引用，如x.m。

類的靜態函數成員（類方法）：主要是處理類屬性或者處理該類下多個實例對象的方法，用static修飾。
設X類的靜態函數為func，類的一個實例對象為x：

  • 可以直接訪問該類的靜態數據和函數成員，不能訪問非靜態成員。
  • 可以在類的第一個實例對象初始化前通過X::func進行調用。
  • 在實例對象初始化可以通過x.func調用，但是為瞭代碼的可讀性，不推薦這樣使用。
// 靜態成員案例
#include<iostream>
using namespace std;


class A {
public:
 static int s_count;  // 私有靜態數據成員聲明
 
 static void set_count(int i) { // 靜態方法定義
  s_count = i;
 }

 void UsingCount(){
  s_count++;
 }

};


int A::s_count = 0;  // 私有靜態數據成員類外定義（註意要在前面加上數據的類型說明符）


int main() {
 A::s_count;   // 通過類名調用
 A::set_count(11); // 對象初始化前通過靜態函數成員訪問

 A a1;
 a1.UsingCount();   // 通過普通函數成員修改靜態數據成員
 cout << a1.s_count << endl; // 通過對象訪問靜態數據成員

 A a2;
 a2.UsingCount();
 cout << a2.s_count << endl; // 如果輸出結果是13，則證明靜態數據成員是共享的

}

輸出結果：

12
13

友元關系：一個類主動聲明其他類或函數是他的友元，進而給他們提供本類的訪問特許，用friend修飾。
友元函數：被一個類聲明為友元的函數，在他的函數體內可以通過對象名訪問類的私有和保護成員。
友元類：被一個類A聲明為友元的另一個類B，類B內所有成員函數都是類A的友元函數。 

//友元數據共享案例
#include<iostream>
using namespace std;


class A {
private:
 int m_nums = 10;   // 私有數據成員

friend class B;    // 友元類聲明
};


class B { // 友元類
public:
 void Print(A& a) { // 友元函數
  cout << a.m_nums << endl; // 通過對象名訪問私有成員
 }
};


int main() {
 A a;
 B b;
 b.Print(a);   // 訪問私有數據成員
}

結果輸出：

10
1

5.類共享數據的保護

常對象：常對象的數據成員值在對象整個生存期間不能被更改。
設A類的常對象為a，常函數成員為func,常數據成員為m：

  • 1. 聲明語法：const A a;
  • 2. 常對象必須進行初始化，而且不能被更新（不能賦值或者調用普通成員函數）。
  • 3. 常對象隻能調用常函數成員。

常函數成員：能被常對象調用訪問常數據成員。

  • 1. 常函數成員聲明語法：返回值類型 func(參數表)const;
  • 2. 常函數成員定義部分時要帶上const。
  • 3. 常函數調用期間，因為目標對象視為常對象，所以隻能調用常函數。
  • 4. const可以用於函數重載，通過非const對象調用重載函數優先調用非const的重載函數。

常數據成員：值在初始化後不能被更新。

  • 1. 常數據成員聲明語法：const 數據類型 m;。
  • 2. 常數據成員不能被賦值，構造函數隻能通過初始化列表進行初始化。
  • 3. 靜態常數據成員在類外進行定義。
//常成員案例
#include<iostream>
using namespace std;


class A {
public:
 void Print()const {  // 不修改對象數據成員值的函數應該設為常函數
  cout << a << ',' << b << ',' << s << endl;
 }

 A(int i) :b(i) {};  // 初始化列表初始化

private:
 const int a = 1; // 已初始化的常數據成員
 const int b;  // 未初始化的常數據成員
 const static int s; // 常靜態數據成員

};


const int A::s = 3;   // 類外定義


int main() {
 A a(2);
 a.Print();   
}

結果輸出：

1,2,3
1

常引用：常引用所引用的對象被視為常對象。

  • 1. 常引用聲明語法：const 數據類型 &引用名。
  • 2.非const的引用隻能綁定到普通對象。
  • 3. 對於無需修改值的參數（復制構造函數），盡量使用const進行應用

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