第16章 数据的共享和流通 一、浅拷贝和深拷贝 二、只读成员函数 三、友元friend

一、浅拷贝和深拷贝 对象作为数据的集合，其中有些数据需要与变 量进行流通，有些数据需由不同的对象共享。 本章介绍的深拷贝、友元函数、静态成员和指 向成员的指针就是在不同的方面加快信息流动以及 实施对象的保护的。

存在两种形式的类。 一种形式的类中仅存在变量或对象，不具备指 针成员。缺省的拷贝构造函数和赋值运算符函数是 浅拷贝的方式，该方式通过memcpy函数将源实例 的数据复制给目标实例占住的一片内存空间。 对于这样的类，缺省的浅拷贝方式是安全的。 另一种形式的类含有指针成员，浅拷贝不再胜 任这样的类。

从上可见对于存在指针成员的类，系统提供的浅拷贝导 致指针指向的内存为两个对象共享的格局。 考虑如下说明： 从上可见对于存在指针成员的类，系统提供的浅拷贝导 致指针指向的内存为两个对象共享的格局。 class CDeep { int n; int*p; } a, b; 一个CDeep类的声明和对象定义 a.n a.p a.p=new int[a.n] b.n b.p b.p=new int[b.n] 对象a,b的内存和指针成员动态扩展的内存空间b=a导致[ b.p=a.p; b.n=a.n; ]。指针b.p指向a对象的动态内存。 ??=new int[b.n] a.n a.p a.p=new int[a.n] b.n b.p 中间深资源归口两个对象监控

浅拷贝的不良结果是：b.p原先指向的堆空间悬空----既 无法索引也不能收回这片内存，a或b对象的析构函数诱发中 间共享的深资源的流失。 对于凡是具有指针成员的类，应细致提交两个函数： 一.是拷贝构造函数， 二.是赋值运算符函数，以便进行指针成员的动态资源 的深拷贝。 深拷贝的核心思路是： 1. 目标对象与源对象内存空间独立，相应指针成员指 向的内存空间也彼此独立。 2. 全部拷贝源对象的数据到目标对象，包括分别拷贝 指针成员指向的内存数据。

[例] 深拷贝方式（去掉定制的拷贝构造函数和赋值运算符函 数则变成缺省的浅拷贝） #include <stdio.h> #include<string.h> class CDeep { public: int n; int *p; CDeep (int) ; ~CDeep (); CDeep (const CDeep& r) ; CDeep& operator= (const CDeep& r); };

CDeep::~CDeep() { static int s_num=1; printf ("%d.~CDeep ()\t", s_num++); delete [ ] p; } CDeep::CDeep (int k) { n=k; p=new int [n]; } CDeep& CDeep::operator= (const CDeep& r) { if (n!=r.n) { delete [ ] p; n=r.n; p=new int [n]; } memcpy (p, r.p, n*sizeof (int)); return *this;

CDeep::CDeep (const CDeep& r) { n=r.n; p=new int [n]; memcpy (p, r.p, n*sizeof (int)); } void main () { CDeep a (2), d(3); a.p[0]=1; d.p[0]=666; { CDeep b (d); a.p [0]=88; b=a; printf ("%d;",b.p[0]); printf ("%d; ",d.p[0]); printf ("b fade out away;\t"); printf ("%d; ",a.p[0]);

程序输出: 88;1.~CDeep() 666;b fade out away; 88; 2.~CDeep() 3.~CDeep() 删除上面的拷贝构造函数和等号赋值运算符函数时，程 序运行输出: 88;1.~CDeep() 666;b fade out away; -572662307;2.~CDeep() 3.~CDeep() 之后弹出一个Debug Assertion Failed!的警告对话框。 原因在于b对象退出作用范围后导致析构函数的调用， 析 构函数释放原来由a对象拥有的深部堆中资源，其后对该内 存空间的操作 a.d[0]就等于在没有定义的内存空间进行寻址 访问，因而是运行时的错误。

二、只读成员函数volatile， mutable关键字 1. 只读成员函数 未经const或volatile限制的对象或成员函数是普通的 对象或普通的成员函数，依称为对象或成员函数。 只读对象是关键字const限定的对象。只读成员函数是 const置于成员函数右圆括号之后修饰的成员函数，该成员 函数不修改成员变量的数据状态，即成员函数体中出现的数 据成员仅作为右值。 没有只读的构造函数和析构函数，只读对象和对象都调 用同一构造函数和析构函数。

const用于名称细分，成员函数声明和定义都必须紧跟 只读成员函数的声明和定义格式为：（其中type,t1, t2,tn是已经声明的类型） type f (t1 v1, t2 v2, ...,tn vn) const; type CType:: f(t1 v1, t2 v2, ...,tn vn) const {; ...;} 成员函数可存在两个重载版本： 一个只读版本另一个普通版本。 当两种版本并存时，对象优先调用普通的成员函数，只 读对象或只读的对象引用仅仅调用只读成员函数。

对象可调用只读成员函数。关键字const本质上约束 this形参为只读属性。 只读指针形参可以匹配左值区的地址，普通指针形参不 指向右值区的地址。 只读对象的地址是右值区的地址。 只读对象和只读成员函数不调用普通成员函数。普通的 成员函数可调用只读成员函数。 只读成员函数是只读取对象的数据状态的成员函数。

[例] const对象与只读成员函数。 #include<stdio.h> struct CPoint { long x; long y; } ; class CRect { public: CRect (int l, int t, int r, int b) ; CPoint& TopLeft () ; const CPoint& TopLeft () const ; private: long left; long top; long right; long bottom; }; inline CRect::CRect (int l, int t, int r, int b) { left = l; top = t; right = r; bottom = b; }

inline CPoint& CRect::TopLeft() { return *((CPoint*)this); } inline const CPoint& CRect::TopLeft () const { return *((CPoint*)this); } void main() { CRect r (10,20,30,40); CPoint& rtl = r.TopLeft (); const CRect d (rtl.x+5, rtl.y+5, 35, 45); CPoint dtl (d.TopLeft()); printf ("left=%d, top=%d\t", rtl.x, rtl.y); printf ("left=%d, top=%d\n", dtl.x, dtl.y); } //输出:left=10,top=20 left=15,top=25

成员函数TopLeft存在只读的和非只读的版本，其中的 语句是一样的。 返回引用的函数可以作为左值，本来只读成员函数不改 变对象的数据状态，如果不在返回类型上加const限制将导 致对象外部调用对数据的改变。 于是返回引用的只读成员函数在返回类型上由const前 置限制。 d.TopLeft ()为只读对象d调用只读成员函数。 r.TopLeft ()为对象r调用普通的成员函数。

volatile关键字表示内存数据的变更。 volatile关键字和const关键字的语法是一致的。 const修饰的变量维持恒定或函数不改变相关成员的数 据状态。 与const相反，volatile关键字限定的对象或成员函数 可以有效的变动。 这种变动可以来自其它的外部进程。

[例] volatile关键字的用法 #include <stdio.h> class B { volatile int m_n; public: B (int v=1) { m_n=v; } void Set (int n) volatile { m_n=n; } void Show () const { printf ("Show()const; n=%d\n",m_n); } void Show() volatile { printf ("Show() volatile; n=%d\n",m_n); } void Show() { printf ("Show() ;n=%d\n",m_n); } };

void main() { const B c; c.Show(); volatile B v(2); v.Show(); v.Set(3); B x(4); x.Show(); } /*程序输出结果： */ /*Show() const; n=1 */ /*Show() volatile; n=2*/ /*Show() volatile; n=3 */ /*Show() ; n=4 */

volatile对象操作volatile成员函数, const对象操作 const 成员函数。不妨认为volatile关键字和const关键字是 一对含意相反的语法修饰词，它们常称为c-v限定词。 对象既可操作const成员函数也可操作volatile成员函 数，如果这两个成员函数都存在但不存在普通的版本则导致 调用的歧义。 volatile关键字使用的场合在一般程序中不 多，主要用在系统的程序设计中。 volatile关键字可以和const同时出现。如下： volatile const int g_n=1; 这表示程序不能改变变量g_n的值，但允许系统改变它。

3. mutable关键字 关键字mutable可以局部松动const对象的不变属性。 如果一个对象前加上const关键字限制，则这个对象所 有的成员就冻结为右值。 但有时候对于这种约束期望有所放松，此时只需在相关 的成员前冠以mutable修饰，通知编译器如此成员不受 const的制约。

[例] mutable关键字注册绝对可变的成员 #include <stdio.h> class CType { public: mutable long v; long n; }; void main() { const CType cobj={1,2}; printf ("cobj={%d,%d}; \t",cobj.v,cobj.n); cobj.v=8; printf ("cobj={%d,%d};\n",cobj.v,cobj.n); //cobj.n=2; error : l-value specifies const object } //输出结果：cobj={1,2}; cobj={8,2};

上面的代码中v是一个绝对可变的成员。 n是一个相对可变的成员，n受const对象限制时而间接 的成为右值表达式。 对于本题cobj是一个不变对象，因而cobj.n不能成为左 值，v由于有了mutable的特殊关照，cobj.v则构成左值表达 式。

三、友元friend friend声明的函数称为友元函数，friend 可用于声明一 个类，这个类称为友元类。 友元函数细分为全局友元函数和成员友元函数。友元函 数或友元类在所访问类或当前类中由friend声明。格式为： class CN { private: friend T f (T1, CN&, Tn); friend type A::f (CN*,T2,Tn); protected: friend class B; friend void funct (T v, CN& r) {...} }; //类型名称type,T, T1, T2, …,Tn, A, B在使用点之前 应首先说明

friend关键字无视protected,private的制约，放置在类 声明的任何地方是等效的。 友元可访问当前类的所有成员。友元类所有的成员函数 都是友元函数。 友元类或友元函数一般通过三个途径访问当前类所有的 成员，包括公共属性的保护属性的和私有属性的成员： a. 友元函数的入口形参具有当前类的类名。 b. 友元函数具有当前类的对象作为局部对象或对象指针 作为局部指针。 c. 友元类具有当前类的对象作为其嵌入成员对象。

1. 友元函数 友元函数是一种定义在当前类外部的普通函数，通过 friend在当前类内部声明，但友元函数不是当前类的成员函 数。 在当前类的友元函数获得如此特权： 定义在友元函数形参列表或函数体中的当前类对象、对 象引用或对象指针等可以访问该类所有控制属性的成员包括 私有成员，就好像当前类三个访问控制属性全部是公共的访 问控制属性。

友元是一种解除访问控制约束的机制。 此种破除访问控制约束的友元关系不传递不反身不继 承，即如果类A是类B的友元, 类B是类C的友元，A不会自动 称为类C的友元； 类A是类B的友元但不一定类B是类A的友元； 类A是类B的友元, 类A的派生类D不会自动成为类B的 友元。 友元函数是某个类的特权函数，这个访问当前类所有成 员的特权在该类中由friend声明获得，未由friend声明的函 数操作当前类的公共成员。

[例] 友元函数将类回归到经典的公共访问性质的结构 #include <stdio.h> struct S {int e;}; class B; class A { private: int a; public: void add(B& ); friend void swap(A*,B& ); int& Ea () { return a; } };

class B { friend void swap (A *p,B& r); private: int b; friend void A::add (B& r); public: int& Eb () { return b; } }; void PublicB (S *p,B& r) { r.Eb()=1; //p->e=r.b; //error 'b' : cannot access private member }

void swap (A *p,B& r) { int t=p->a; p->a=r.b; r.b=t; } void A::add (B& r) { a+=r.b; } void main () { A x; x.Ea ()=1; B y; y.Eb ()=2; x.add (y); swap (&x,y); printf ("%d, %d\n", x.Ea(), y.Eb()); //输出2,3

说明：类B的友元函数的声明格式为: class B{ friend void swap(A *p,B& r); //全局函数swap是B类和A类的的友元函数 friend void A:: add(B& r); }; //A类的成员函数add是B类的友元函数 其中值得关注的是当前类的类名B出现在友元函数的形 参类型中，形参r可通过圆点运算符访问B类中的任一成员。 同理全局函数swap (A *p,B& r)是类A的友元函数，这 个函数的A*型形参p可以通过箭头运算符->访问A类的所有 成员包括私有成员。

友元函数或友元类由friend声明，但友元函数或友元类 友元函数的定义应位于当前类的描述之后，以便编译器 必须有足够的信息操作当前的成员。 友元函数的调用维持原来的格式，即全局友元函数按照 全局函数的虚实结合匹配，成员友元函数则根据自身类的对 象外部调用或自身类的this指针内部调用。 另一个全局函数PublicB (S *p,B& r)由于不是类B的友 元函数，B&型的引用形参r只能访问公共的成员，妨碍了数 据的流通。 为解决这种现象可以声明这个全局函数为B类的友元函 数，通知编译器跳过成员属性访问控制检查的机制，抹平精 细封装的界限。或者将B类的数据处理为公共的属性。

2. 友元类 前面说明了友元函数在某一个类中的特权地 位，在友元函数中当前类不过是一个毫不设防的公 共世界，关键字protected和private形如虚设。 一个类可以声明另一个类为其友元，由此形成 友元类。 友元类中的所有成员函数可以访问当前类所有 的成员。

#include <stdio.h> [例] 友元类B将当前类A视为一个公共访问控制属性的结构 #include <stdio.h> class B; class A { friend class B; private: int m_a; A (int k=0) {m_a=k;} public: friend void g_f(); void Show() { printf ("m_a=%d\t", m_a); } };

class B { int m_b; A a; public:B (int k=1) { m_b=k; a.m_a=1+k; } A& Add(A* ); A& B::Add (A* p) { p->m_a+= a.m_a+m_b; return *p; } A* pa; void g_f () { A a; a.m_a=1; a.Show(); static A d(100); pa=&d; } void main() { g_f (); B b; b.Add (pa).Show (); } //输出：m_a=1,m_a=103

说明： 嵌入对象成员a的行为由于类B是类A的友元类而好像类 A回归到传统的公共的结构，访问控制属性这些与解决具体 问题无关的桎梏消失不起作用。 全局函数g_f()是类A的友元函数，在这个友元函数里调 用私有的构造函数，完成对象的定义。 通过一个全局指针pa与静态局部对象d的关联完成数据 封装与共享。

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