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  • 关于C++的变量和类的声明和定义

    什么是变量?变量或者叫对象,是一个有具名的、可以供程序操作的存储空间。这里具名是指变量是有名字的,可供操作是指能进行加减乘除或者输入输出等操作,存储空间则是指有一块属于它的内存空间。

    为了便于说明,标题和后面的内容将对象分为两种。对于内置的,文章称作为变量,对于自定义的,称之为对象。

    第一个问题:在C++中,什么是定义,什么是声明?

    ①定义:用于为变量分配存储空间,还可为变量指定初始值。在程序中,变量有且仅有一个定义。

    ②声明:用于向程序表明变量的类型和名字。在程序中,变量可以有多个声明。

    定义也是声明:当定义变量时我们声明了它的类型和名字。

    上面的这些内容很容易理解,很多情况下,定义就是声明,由于C++支持分离式编译,因此一个C++程序允许别分成许多块,由这些块共同组成完整的程序。既然程序可以分成多块,那么如果要在所有块之间共用一个变量,那就要能够在这些块之间共享代码。为了支持这种分离式编译机制,C++中就将声明和定义区分开来了。

    第二个问题:定义也是声明,那么如果仅仅声明?

    回答这个问题之前,需要了解什么是作用域,这里假定你已知晓C++的作用域知识。

    在需要声明一个变量之前,先想一想为什么需要声明变量?因为程序需要使用定义在别处(通常是别的文件中)的变量。这里使用别处的变量暗含了一个意义,这个变量应当是个全局变量,因为当前作用域找不到,所以需要去别的地方找,而别的地方定义的变量应当全局变量,能够被我看到(这里只考虑全局变量,其他情况暂不考虑)。

    既然变量已经在别的地方定义过了,而且变量有且仅有一个定义,那么我不能再次定义而只能声明了,如何声明?

    声明的方式是使用extern关键词,形如extern int i,这里有了关键词extern的修饰,因此是一个声明,而不是定义。从这个声明中,得知了变量的类型和名字,但是没有分配内存。

    假如给上面声明的变量一个值,那还是不是声明呢?回答是:不是。如果这样extern int i = 10;那么这里的extern关键词就失效了,这句代码则变成了定义。

    从上面两个问题中,我们可以知道一个频繁被提及的问题:为什么不能在头文件中定义全局变量?

    因为变量只能被定义一次,包含了头文件的源文件,都将会定义同样的全局变量,造成冲突,所以,头文件中不能定义全局变量。

    由此引申的一个问题:定义在一个源文件中的全局变量,如何让程序所有的其他块使用?回答是要么每次在每个块(即源文件)中手动使用extern声明,要么使用extern关键词仅仅声明该全局变量,然后将声明放在一个头文件中,该头文件被所有其他快使用。

    接下来是类声明和定义的内容了。

    同样地,什么是类?

    现在如果总结出类的特点,估计初学者会觉得很抽象或者难以理解。我们先来说说在C++中如何定义类?

    定义类的语法如下:

    首先是关键词class或者struct,两种区别是默认访问权限。上面我们定义了一个类A_example,定义了一个类A_example也就是定义了一种新的类型A_example,就像int一样,它是一种类型。

    class A_example
    {
    public:
        int i;
        double d;
        float f = 10.0f;
        static char c = 'A';
    
    };

    也就是说上面是定义了一种类型,那么这个类里面的int i和double d是定义还是声明?答案是声明。

    对于其中的float f = 10.0f;是声明还是定义呢?答案是声明。虽然这里声明的同时赋予了值,但它仍然是一个声明。

    对于static char c = 'A';是声明还是定义?答案还是声明!如果你认为它是定义,那么你可以试试直接编译能否通过,编译器通常会这样告诉你:

     error: non-const static data member must be initialized out of line(大致意思是,你并没有初始化,你需要在类外进行定义并初始化,因为类里面的只是声明而已)

    从以上我们能很直观的感受到一个特点:定义一个类时,对于其中的数据成员,不论有无默认值,也不论是static还是非static的,我们只是描述了一个类,注意,仅仅是描述了类,也即,我们只知道它含有哪些类型,如果还定义了函数成员,我们还描述了这种类型的操作。

    在A_example的定义中,我们并不知道这个类的具体情况,我们只知道它的属性,它含有什么类型,但不知道具体相应类型变量的值大小。对于默认值,只是一旦用这个类去实例化一个对象,就像int i那样,给对象一个默认值而已。

    在C语言中则更明显,为什么使用结构体struct定义一种类型时,不允许对结构体中的变量赋予默认值?原因就是,仅仅定义了类型而已,只是一些声明而非定义,声明没有开辟内存空间,你给它默认值,它没有地方存储,因此C语言中结构体是没有默认值的。

    因此,再看下面这段话,相信会有点感觉:

    在C++中, 用 "类" 来描述 "对象", 所谓的"对象"是指现实世界中的一切事物。那么类就可以看做是对相似事物的抽象, 找到这些不同事物间的共同点, 如自行车和摩托车, 首先他们都属于"对象", 并且具有一定得相同点, 和一些不同点, 相同点如他们都有质量、都有两个轮子, 都是属于交通工具等。"都有质量"、"两个轮子"属于这个对象的属性, 而"都能够当做交通工具"属于该对象具有的行为, 也称方法。
    类是属于用户自定义的数据类型, 并且该类型的数据具有一定的行为能力, 也就是类中说描述的方法。通常来说, 一个类的定义包含两部分的内容, 一是该类的属性, 另一部分是它所拥有的方法。以 "人类" 这个类来说, 每个人都有自己的姓名、年龄、出生日期、体重等, 为 人类 的属性部分, 此外, 人能够吃饭、睡觉、行走、说话等属于人类所具有的行为。

    上面是类的定义,那么类的声明呢?

    类的声明和普通的内置类型相似,普通的内置类型是声明变量,即告知变量的类型和名字。对于类声明,形如class A_example,这里class表明是一种类型,而A_example则是具体的类型名。

    从文章最开头,我们知道:不能在C++的头文件中放置变量的定义,因为变量只能定义一次,为什么类的定义可以放在头文件中呢?在类的定义部分我们又得知,类定义只是定义了一种类型,也即说明了一个类,并没有实际定义类的对象,定义的是类,定义类描述的是新的类型,而描述新类型并不会开辟内存空间去存储这样一种新类对象,因此类定义可以存放在头文件中。

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