二、用户定义类型

2023-10-15 本文已影响0人 akuan

❶
我们通常希望数据表示对用户不可访问，从而避免被使用，确保该类型数据的使用一致性，这还让我们后续能够改进数据表示。要达成这个目的，必须区分类型的（供任何人使用的）接口和（可对数据排他性访问的）实现。这个语言机制叫做类（class）。类拥有一组成员（member），成员可以是数据、函数或者类型成员。接口由类的public成员定义，而private成员仅允许通过接口访问。例如：

class Vector{
public:
    Vector(int s) :elem{new double[s]}, sz{s} { }
    double& operator[](int i) { return elem[i]; }
    int size() { return sz; }
private:
    double* elem;   // 指向元素的指针
    int sz;         // 元素的数量
};

有了这些，就可以定义新的Vector类型的变量了：

Vector v(6);    // 具有6个元素的Vector

Vector对象可图示如下：

大体上，Vector对象就是个“把手”，其中装载着指向元素的指针（elem）和元素数量（sz）。元素数量（例中是6）对不同的Vector对象是可变的，而同一个Vector对象，在不同时刻，其元素数量也可以不同。但是Vector对象自身的大小始终不变。在C++中，这是处理可变数量信息的基本技巧：以固定大小的把手操控数量可变的数据，这些数据被放在“别处”（比如用new分配在自由存储上）。

在这里，Vector的数据（成员elem及sz）只能通过接口访问，这些接口都是public成员：Vector()、operator及size()。

❷
联合（union）就是结构体（struct），只不过联合的所有成员都分配在相同的地址上，因此联合所占据的空间，仅跟其容量最大的那个成员相同。自然而然，任何时候联合都只能持有其某一个成员的值。
举例来说，有个符号表条目，它包含一个名称和一个值。其值可以是Node*或int：

enum Type { ptr, num }; // 一个 Type 可以是ptr和num
struct Entry {// 结构体
    string name;    // string是个标准库里的类型
    Type t;
    Node* p;        // 如果t==ptr，用p
    int i;          // 如果t==num，用i
};
void f(Entry* pe) {
    if (pe->t == num)
        cout << pe->i;
    // ...
}

成员p和i永远不会同时使用，但这样空间就被浪费了。可以指定它们都是某个union的成员，这样空间就轻而易举地节省下来了，像这样：

union Value {// 使用联合
    Node* p;
    int i;
};
/******然后这样使用：******/
struct Entry {
    string name;
    Type t;
    Value v;    // 如果t==ptr，用v.p；如果t==num，用v.i
};
void f(Entry* pe) {
    if (pe->t == num)
        cout << pe->v.i;
    // ...
}

标准库有个类型叫variant，使用它就可以避免绝大多数针对联合的直接应用。 variant存储一个值，该值的类型可以从一组类型中任选一个。举个例子，variant<Node,int>的值，可以是Node或者int。

借助variant，可以这样写：

struct Entry {
    string name;
    variant<Node*,int> v;
};
void f(Entry* pe) {
    if (holds_alternative<int>(pe->v))  // *pe的值是int类型吗？
        cout << get<int>(pe->v);        // 取（get）int值
}

很多情况下，使用variant都比union更简单也更安全。

❸
枚举用于表示一小撮整数值。使用它们，可以让代码更具有可读性，也更不易出错。

enum class Color { red, blue, green };
enum class Traffic_light { green, yellow, red };

Color col = Color::red;
Traffic_light light = Traffic_light::red;

enum后的class指明了这是个强类型的枚举，并且限定了这些枚举值的作用域。作为独立的类型，enum class有助于防止常量的误用。比方说，Traffic_light和Color的值无法混用：

Color x = red;                  // 错误：哪个颜色？
Color y = Traffic_light::red;   // 错误：此red并非Color类型
Color z = Color::red;           // OK

同样，Color的值也不能和整数值混用：

int i = Color::red; // 错误：Color::red不是int类型
Color c = 2;        // 初始化错误：2不是Color类型

默认情况下，enum class仅定义了赋值、初始化和比较（也就是==和<）。不过，既然枚举是用户定义类型，我们就可以给它定义运算符：

Traffic_light& operator++(Traffic_light& t) { // 前置自增：++
    switch (t) {
    case Traffic_light::green:  return t=Traffic_light::yellow;
    case Traffic_light::yellow: return t=Traffic_light::red;
    case Traffic_light::red:    return t=Traffic_light::green;
    }
}
Traffic_light next = ++light;   // next 将是 Traffic_light::green

默认情况下，枚举值的整数值从0开始，每增加一个新枚举值就递增一。

如果你的枚举值不需要独立的作用域，并希望把它们作为int使用（无需显式类型转换），可以省掉enum class中的class，以获得一个“普通”enum。 “普通”enum中的枚举值的作用域跟这个enum相同，还能隐式转换成整数值。

忠告

[1] 如果某个内置类型过于底层，请使用定义良好的用户定义类型代替它；
[2] 把有关联的数据组织到结构里（成struct或class）；
[3] 借助class区分接口和实现；
[4] struct就是其成员默认为public的class；
[5] 为class定义构造函数，以确保执行初始化操作并简化它；
[6] 别用“裸”union，把它们和类型字段凑一起放进类里面；
[7] 使用枚举表示具名常量的集合；
[8] 用enum class替代“普通”enum以避免事故；
[9] 给枚举定义运算，可以获得安全性和便利性。

二、用户定义类型

忠告

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