一个C++日期类（第一部门）
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本文适合低级读者
Chuck Allison 是盐湖城圣 Latter Day 教堂总部下耶稣教堂家属汗青研究处的软件体系设计师。他拥有数学学士和数学硕士学位。他从1975年起开始编程，从1984年起他开始从事c语言的解说和开拓。他今朝的乐趣是面向工具的技能及其教诲。他是X3J16，ANSI C ++尺度化委员会的一员。发送e-mail 到 [email protected]，可能拨打电话到 (801)240-4510 均可以与他取得接洽。
上个月的专栏里先容了一个日期隔断函数，它可以算出任意两个日期之间的年，月和日。这个月的专栏则提出了一个用C++办理该问题的要领。这种要领的本质是建设一种新的数据范例，这种数据范例的行为就像内建的数据范例一样。换句话说，你要从基于函数的要领 （“我想要怎么样干事”）转换到基于工具的要领（“我的问题的道理和工具是什么”）。利用C++很是需要别的一种思考问题的要领。为了实现这个转换，首先要先知道为什么会有C++存在。
关于两种语言的故事
C++源自80年月早期 AT&T 的 Bjarne Stroustrup 提出的“带类的 C”。他当时正在寻求在 Simula-67 中更快的举办仿真的要领。"class"是 Simula 顶用来指用户本身界说的范例的术语，可以或许界说出很是靠近现实的工具，这是举办精采的仿真的要害。有没有一种更好的要领，可以或许比在c语言–最快的进程化语言中插手"class"的观念更快的举办仿真呢？
选择C为类提供了一个不只有效并且机动的东西。固然一些其他的语言在C++之前好久就支持通过类来对数据举办抽象，可是C++用的最遍及。险些每一种主要的具有C语言编译器的平台同样可以或许支持C++。最后我还传闻，C++的用户群每七个月就会翻一番。
对C++的最初相识是令人受惊的。假如你是从C语言转过来的话，你需要把下面这些词语加进你的词汇表：抽象类，存取节制，基类，catch子句，类，类的浸染域，结构函数，拷贝结构函数，缺省参数，缺省结构函数，delete运算符，派生类，析构函数，异常，异常处理惩罚，友元，担任，内联函数，操纵符，成员函数，多重担任，嵌套类，new处理惩罚函数，new操纵符，重载，成员指针，多态，私有，掩护，公有，纯虚函数，引用，静态成员，流，模板，this指针，try块，范例安详毗连，虚基类，虚函数。
一个好动静说C++是一种强大的、有效的、面向工具的、可以或许处理惩罚各类巨大应用的语言。坏动静则是这种语言自己就较量巨大，比C语言难把握。C语言是造成这一问题的一部门。C++是一个混血儿，既有面向工具的特征，又有通用系统编程语言的特征。我们不行能纯粹先容C++这一系列富厚的新特征而纷歧点也不思量C语言自己。对C的兼容性是C++设计时的一个主要方针。正如Bjarne在ANSI C++委员会上所告诉的那样，C++是一种"工程上的折衷"，它"要和C语言尽大概的靠近，但又不能太靠近"。到底要多靠近此刻还在研究中。
一个渐进的进程
你可以很有效的利用C++而不需要把握它的全部。事实上，面向工具的技能理睬说只要开拓商做好他们的工作（提供设计精采的、可重用而且可扩展的类库），那么你就可以很容易的开拓你的应用措施。今朝的产物，好比Borland公司的应用编程接口，在很多方面都证明白这一点。
假如你以为你必需把握这门语言，你可以循序渐进而且在这个进程中继承开拓你的应用措施。这里有三个必需把握的处所：
一个更好的C语言
数据抽象
面向工具的编程
你可以把C++当成一门更好的C语言来利用，因为它更安详更富于表示力。与这一点相关的特征有：范例安详毗连，强制函数原型，内联函数，const限定词（是的，ANSI C从C++中警惕的这个词），函数重载，缺省参数，引用和语言提供的对动态内存打点的支持。你同样需要当心这两种语言不兼容的处所。C语言中有一个强大的子集，Plum 和 Saks 称其做"范例安详的 C"（拜见 C++ Programming Guidelines, Plum and Saks, Plum-Hall, 1992）。
正如我在这篇文章和下一篇文章中所告诉的一样，C++支持数据抽象–用户可以本身界说行为与内建范例相像的数据范例，这种数据抽象机制包罗：类，存取限制，结构和析构函数，运算符重载，模板和异常处理惩罚。
面向工具的措施设计通过探求类与类之间的干系在数据抽象上更进一步。个中两个要害的观念是担任（通过声明一个新类与另一个类的相似与区别界说它，个中的相似被重用）和多态（为一族相关的操纵提供同一个接口，运行时识别）。C++别离通过类的派生和虚汗数来支持担任和多态。
类
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一个类就是一个扩展的struct。除了界说数据成员，你还可觉得其添加成员函数。日期类的界说在文件data.h中的 Listing 1。它与上个月的C版本差异，因为在这里interval函数是一个成员函数而不是全局函数。Date::interval()的实此刻 Listing 2 中。"::"叫做浸染域运算符。它汇报编译器interval函数是Date类的成员函数。interval函数原型中的"&"说明这个函数的参数由应用通报（拜见关于引用的选项）。Listing 3 中的措施展示了如何利用这个日期类。你必需利用布局成员的语法来挪用 Date:: interval()：
result = d1.interval (d2);
Date作为范例标识符，就像系统内建范例一样的发挥浸染（譬喻，你可以界说Date的工具而不利用struct要害字）。永远也不必做如下的界说：
typedef struct Date Date;
事实上，类的观念是如此的根基，以至于C++已经将布局标签和普通的标识符团结成一个独立的名字空间。
留意我已经将isleap界说成了一个内联函数（在C版本中它是一个宏）。内联函数像宏一样将代码展开，但它也像普通函数一样举办浸染阈和范例的查抄。除非你要利用the stringizing or token-pasting operations of the preprocessor,，不然在C++中不需要利用 function-like 的宏。此刻思量 Listing 2 中的这个声明：
years = d2.year - year;
year指的是什么工具？在C版本中，这个声明如下：
years = d2.year - d1.year;
既然成员函数的挪用老是与工具相关联（譬喻，d1. interval (d2)），因此当成员函数没有前缀修饰的时候，凡是是相关联工具的成员（在这里，year 指的是d1.year）。this要害字代表一个指向潜在工具的指针，因此我可以做一个越发明晰的声明：
years = d2.year - this->year;可是这种用法很少。 在 Listing 4 中，我在类的界说中添加了如下的声明：Date();
Date(int,int,int);
这是一种非凡的成员函数叫做结构函数。结构函数答允你在一个工具被建设的时候指定怎么样初始化这个工具。当你界说一个没有初始值的日期工具时，首先挪用缺省结构函数（因为它没有任何参数）：
Date d;下面的声明挪用第二个结构函数：
Date d(10,1,51);
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当成员函数的实现较量简朴的时候，你可以把它们的实现移到类的界说内里去，使它们成为内联函数（拜见 Listing 7 ——不要健忘在 Listing 5 中移走它们）。Listing 6 中的测试措施推迟结构工具d1、 d2 和 result 直到需要它们的时候（在C++中，工具的界说可以呈此刻任何声明中）。
我险些已经罗列了数据抽象，也就是封装的主要特征。当一个用户自界说范例的内部表示和外部接口设计精采，就叫做一个封装。我确实界说了一个和系统内建范例一样浸染的新范例，我不答允任何无意间的对它的内部表示的会见制。譬喻，像这样，用户可以执行如下的语句：
d1.month = 20;
一个行为精采的工具节制着对它的内部数据成员的会见。在一个实际的日期类中，我答允用户对年代日举办列队，但不答允直接配置它们的值。因此我界说它们为private，而且提供了存取函数来获得它们的值（拜见 Listing 8）。因为具有私有成员是更普遍的环境，我凡是用 class 要害字代替struct， 默认环境下其成员为 private （拜见 Listing 9）。雷同 get_month 这样的 存取函数不改变一个日期类的私有部门，因此我声明它们为 const 成员函数。（Date::interval()也是一个 const ——别忘了在实现文件 date3.cpp 中它的界说前加 const。） 此刻我必需用 tdate3.cpp （拜见 Listing 10）中的存取函数挪用替代数据成员引用。
我们此刻在完成一个 C++ 气势气魄的日期类上只走了一半的路。下个月我们会把输入输出流、静态成员和运算符重载团结进来接头。
C++中的引用
C++中的引用是另一个工具的别名。它所引用的工具呈现的处所，它自己就可以呈现。下面的措施利用引用iref取代i：
/* ref1.c: Illustrate references */
#include
main()
{
int i = 10;
int &iref = i; // An alias for i
printf("%d\n",iref);
iref = 20;
printf("%d\n",i);
return 0;
}
/* Output:
10
20
*/
你可以把引用看作一个"乖巧"指针，因为它指向另一个工具却又不像指针一样需要明晰的寻址和取值：
/* ptr.c: Do the same thing with pointers */
#include
main()
{
int i = 10;
int *iref = &i;
printf("%d\n" ,*iref);
*iref = 20;
printf("%d\n",i);
return 0;
}指针和引用的主要区别在于：
你必需用引用所指工具来初始化这个引用。这样的声明是没有意义的（除非作为函数的参数）：
int &iref;
一旦初始化了一个引用，你不能使这个引用指向别的的工具。既然引用老是需要指向某些对象，你不能像对指针一样给它赋值为NULL。
引用既不需要也不答允&和*操纵符的利用，所有的寻址和取值都是自动的。你可以把引用看作一个const指针，每次利用的时候城市取值。
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然而，就像指针一样，引用也可以作为函数的返回值。既然引用被界说成一个左值，这就答允一个很非凡的习惯，那就是在完成某任务时，可以将对函数的挪用放在=的左手边：
/* ref2.cpp: Returning a reference */
#include
int & current(); // Returns a reference
int a[4] = {0,1,2,3};
int index = 0;
main()
{
current() = 10;
index = 3;
current() = 20;
for (int i = 0; i < 4; ++i)
printf("%d ",a[i]);
putchar(''''\n'''');
return 0;
}
int & current()
{
return a[index];
}
/* Output:
10 1 2 20
*/
另一种引用的用法是实现引用通报语义，这意味着在被挪用函数返回后改变挪用历程中存在的函数参数值。你也可以用指针实现，可是引用更明晰：
/* ref3.cpp:
Swap via references */
#include
void swap(int &, int &);
main()
{
int i = 1, j = 2;
swap(i,j);
printf("i == %d, j == %d\n",i,j);
return 0;
}
void swap(int &x, int &y)
{
int temp = x;
x = y;
y = temp;
}
/* Output:
i==2, j == 1
*/
纵然你不规划修改函数的参数，为了提高效率用引用来通报大的工具也是一个好步伐。譬喻，如果数据范例X很大，
struct X那么具有X范例参数、却不会修改该参数的函数f应该有雷同下面的原型：
{
// lotsa stuff
};
void f(const X&);
想要相识引用的更多内容，拜见 Dan Saks”” 在 1991 年第九期的专栏：
"Reference Types", CUJ Vol.9,No.9。
