Программирование. Принципы и практика использования C++ Исправленное издание

В языке С++ (как и в большинстве современных языков) класс является основной строительной конструкцией в крупных программах, которая также весьма полезна для разработки небольших программ, как мы могли убедиться на примере калькулятора (см. главы 6 и 7).

9.2. Классы и члены класса

Класс — это тип, определенный пользователем. Он состоит из встроенных типов, других типов, определенных пользователем, и функций. Компоненты, использованные при определении класса, называются его членами (members). Класс может содержать несколько членов, а может и не иметь ни одного члена. Рассмотрим пример.

 class X {
 public:
  int m; // данные - члены
  int mf(int v) { int old = m; m=v; return old; } // функция - член
 };

Члены класса могут иметь разные типы. Большинство из них являются либо данными-членами, определяющими представление объекта класса, либо функциями-членами, описывающими операции над такими объектами. Для доступа к членам класса используется синтаксическая конструкция вида объект.член. Например:

 X var; // var — переменная типа X
 var.m = 7; // присваиваем значение члену m объекта var
 int x = var.mf(9); // вызываем функцию - член mf объекта var

Тип члена определяет, какие операции с ним можно выполнять. Например, можно считывать и записывать член типа int, вызывать функцию-член и т.д.

9.3. Интерфейс и реализация

Как правило, класс имеет интерфейс и реализацию. Интерфейс — это часть объявления класса, к которой пользователь имеет прямой доступ. Реализация — это часть объявления класса, доступ к которой пользователь может получить только с помощью интерфейса. Открытый интерфейс идентифицируется меткой public:, а реализация — меткой private:. Итак, объявление класса можно представить следующим образом:

 class X { // класс имеет имя X
 public:
  // открытые члены:
  // – пользовательский интерфейс (доступный всем)
  // функции
  // типы
  // данные (лучше всего поместить в раздел private)
 private:
  // закрытые члены:
  // – детали реализации (используется только членами
  // данного класса)
  // функции
  // типы
  // данные
 };

Члены класса по умолчанию являются закрытыми. Иначе говоря, фрагмент

 class X {
  int mf(int);
  // ...
 };

означает

 class X {
 private:
  int mf(int);
  // ...
 };

поэтому

X x; // переменная x типа X
 int y = x.mf; // ошибка: переменная mf является закрытой
  // (т.е. недоступной)

Пользователь не может непосредственно ссылаться на закрытый член класса. Вместо этого он должен обратиться к открытой функции-члену, имеющей доступ к закрытым данным. Например:

 class X {
  int m;
  int mf(int);
 public:
  int f(int i) { m=i; return mf(i); }
 };

 X x;
 int y = x.f(2);

Различие между закрытыми и открытыми данными отражает важное различие между интерфейсом (точка зрения пользователя класса) и деталями реализации (точка зрения разработчика класса). По мере изложения мы опишем эту концепцию более подробно и рассмотрим множество примеров. А пока просто укажем, что для обычных структур данных это различие не имеет значения. По этой причине для простоты будем рассматривать класс, не имеющий закрытых деталей реализации, т.е. структуру, в которой все члены по умолчанию являются открытыми. Рассмотрим пример.

 struct X {
  int m;
  // ...
 };

Он эквивалентен следующему коду:

 class X {
 public:
  int m;
  // ...
 };

Структуры (struct) в основном используются для организации данных, члены которых могут принимать любые значения; иначе говоря, мы не можем определить для них никакого осмысленного инварианта (раздел 9.4.3).

9.4. Разработка класса

Проиллюстрируем языковые свойства, поддерживающие классы и основные методы их использования, на примере того, как — и почему — простую структуру данных можно преобразовать в класс с закрытыми деталями реализации и операциями.

Рассмотрим вполне тривиальную задачу: представить календарную дату (например, 14 августа 1954 года) в программе. Даты нужны во многих программах (для проведения коммерческих операций, описания погодных данных, календаря, рабочих записей, ведомостей и т.д.). Остается только вопрос: как это сделать?

9.4.1. Структуры и функции

Как можно представить дату? На этот вопрос большинство людей отвечают: “Указать год, месяц и день месяца”. Это не единственный и далеко не лучший ответ, но для наших целей он вполне подходит. Для начала попробуем создать простую структуру.

 // простая структура Date (слишком просто?)
 struct Date {
  int y; // год
  int m; // месяц года