深入探究C++ 类成员（Class Members）

一、定义
　　在class的声明里头，真正有效的两样东西是data members 和 member functions：
　　Data members：表示根据这个class所产生的object里头会有些什么东西，它事实上也是占据object内存的唯一东西（除非引入虚拟机制）。通常为数据的封装性，我们把data members声明为private或protected。
　　Member functions：是用来处理data members的函数。通常为了界面的开放性，我们把member functions设计为pubilc。
二、Data Members（数据成员）
　　Data members的声明和一般non-class的变量声明形式一样，以CPoint为例：

1. 1 class CPoint
2. 2 {
3. 3 public:
4. 4     CPoint(float x=0.0):_x(x){}
5. 5     
6. 6     float x(){return _x;}
7. 7     void x(float xval){_x=xval;}
8. 8     
9. 9 protected:
10. 10     float _x;     //data member
11. 11     
12. 12 };

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　　第10行的_x就是一个data members。
　　如果data member本身不是一个变量，而是一个class object，这种环境比力特别，称为composition（组合），而这种object被称为embedded objects或object member。Composition被用来描述has a的关系（例如汽车有一个引擎），inheritance(继承）用来描述is a kind of的关系（例如汽车是一种交通工具）。稍后我们会分别描述composition和inheritance两种环境。
三、Member Functions（成员函数）
　　Member functions用来处理class data members。在数据封装的环境下，member functions可以说就是一个class（或object）的对外界面。这些functions并不占用object的内存空间，它被编译器处理过后，以完全等同一般的global functions的身份出现，独立于任何object之外。同一份函数代码如何能够处理依据同一个class产生出来的差别object的data members呢？关键在于有一个this指针隐藏在member functions的参数之中，也隐藏在member functions函数代码对于data members的处理动作上，是编译器主动为我们加上去的。

 四、如何取用 Class Members
　　要取得class members，如果是在class scope之内，直接使用其名称即可。但如果是在class scope之外，你有三种方式可以办到：
　　1.透过dot operator（.)，例如：

1. 1 CPoint aPoint; // 产生一個 CPoint object，名为 aPoint
2. 2 aPoint.x(); // 唤 起 CPoint::x()
3. 3 aPoint._x = 7.0; // 使 用 CPoint 的 data member

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　　2.透过arrow operator（->)，例如：

1. 1 CPoint* pPoint = new CPoint; // 产生一个 CPoint object，由 pPoint 指向它
2. 2 pPoint->x(); // 唤 起 CPoint::x()
3. 3 pPoint->_x = 7.0; // 使用 CPoint 的 data member

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　　3.透过scope resolution operator（:，例如：

1. 1 CPoint::foo(); // foo() must be a static member function
2. 2 CPoint::ratio = 0.2; // ratio must be a static data member

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　　第三种方法未通过任何对象访问成员，表明这些成员应属于类条理，即静态成员（Static Members）。若错误地通过对象访问非静态成员，如CPoint::foo()，将引发错误。静态成员应通过类名访问，非静态成员应通过对象实例访问。
五、特别的 Static Members（静态成员）

　　Class中可以使用static关键，使members成为静态。
　　静态的意思是这份members属于class而非object全部。听起来有点奇怪，因为class只是属性，而object才是实体。很难一言以敝之，让我们将members细分为data 和function来讨论。
　　当你看完以下的剖析，你会认为static data members和global variables很像，static member functions和global functions 很像。一点没错，从功能而言，global 可以代替static。不外，以面对对象的观点来看，这些members如查在性质上与class痛痒相关，不是设计成class的static members为佳，面对对象的步伐设计中，我们盼望global的东西越少越好。
1. Static Data Members（静态数据成员）

　　虽说data属于object实体全部，但步伐设计中有些数据也盼望由各object共享，以是提升到class层级比力理想。例如我们设计一个银行储户的class：

1. 1 class SavingAccount
2. 2 {
3. 3 private:
4. 4     char   m_name[40];//储户姓名
5. 5     char   m_addr[60];//储户地址
6. 6     double m_total;//账户金额
7. 7     double m_rate;//利率
8. 8 };

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　　这家银行采用浮动利率，每个账户的利息是根据当天的利率来计算的，这时m_rate就不适合成为每个object的数据了，否则每天一开市，光把全部的账户内容调出来，修改m_rate的值，就花了不少时间。m_rate应该独立于各object之外，成为class的独一无二的数据；详细怎么做？在m_rate前面加上Static关键字就行了：

1. 1 class SavingAccount
2. 2 {
3. 3 private:
4. 4     char   m_name[40];//储户姓名
5. 5     char   m_addr[60];//储户地址
6. 6     double m_total;//账户金额
7. 7     Static double m_rate;//利率（注意，这里只是声明，不是定义，未分配内存）
8. 8 };

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　　Static data members不属于object的一部份，而是class的一部份，以是步伐可以在还没有生成任何object的时候就处理Static data members。但首先，你必须定义它（为它分配内存）。
你应该在.CPP文件中且在class以外的任何区域设定其初始值，例如在main（）之中，或在global function中，或任何函数之外：

1. 1 double SavingAccount::m_rate = 0.0075; // 定义并设定初值
2. 2 void main() // 不指定初值也可以
3. 3 {
4. 4 ...
5. 5 }

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　　请注意用词上的严谨：上述“定义”动作常被误以为是“初始化”动作。如果只是单纯的初值设定动作，应该可以安排在class constructor中，但上一行绝对无法如此。此外，你也不应该把上述的定义安排于.H文件中，因为这么一来它大概会被含入许多.CPP文件中，于是就重复定义了（会发生连接错误）。
　　上述动作有没有思量m_rate是private数据呢？没有关系，定义static data members,不受任何封装层级的束缚。请注意上述动作也指出static data members的范例，因为这是一个定义动作，不是一个数值指定动作，如果没有做这个动作，m_rate就没有获得内存，会发生非常错误：

1. error LNK2001: unresolved external symbol "private: static double
2. SavingAccount::m_rate"(?m_rate@SavingAccount@@2HA)

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　　下面是存取static data members的一种方式，注意：此时还没有任何object存在：

1. 1 void main()
2. 2 {
3. 3 SavingAccount::m_rate = 0.0072; // 此行要成立，m_rate 需改为public
4. 4 }

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 　　第二种方式是产生一个object后，透过object来处理static data members：

1. 1 void main()
2. 2 {
3. 3 SavingAccount myAccount;
4. 4 myAccount.m_rate = 0.0072; // 此行要成立，m_rate 需改为 public
5. 5 }

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　　请注意，static data members并不是因为myAccount object的实现而才得以实现，它本来就存在。因此第一种的处理方式不轻易给人错误印象；
2. Static Menber Functions（静态成员函数）
　　既然static data members 是超越于object之外存在的，一般的member functions能否处理它呢？要知道，，member function得经过某个object才气调用，该object地点则成为所谓的this指针，但由于static data members并不需要靠this指针的指引来决定其地点，以是其实任何函数（包罗global函数），只要access level允许，都可以处理static data members。
　　但member function得经过某个object才气调用，如果你在尚未产生任何object之前，就盼望透过某个member function来更我以为前例的static m_rate,而它又是private(以至于不能被global函数处理）那么肯定要写个static member function了：

1. 1 class SavingAccount
2. 2 {
3. 3 private:
4. 4     char   m_name[40];//储户姓名
5. 5     char   m_addr[60];//储户地址
6. 6     double m_total;//账户金额
7. 7     Static double m_rate;//利率（注意，这里只是声明，未分配内存）
8. 8 public:
9. 9     static void setRate(double newRate){m_rate=newRate;}
10. 10 };
11. 11
12. 12 double SavingAccount::m_rate=0.0072; //设初值
13. 13
14. 14 int main()
15. 15 {
16. 16     SavingAccount myAccount;
17. 17     //可以透过object调用static member functions
18. 18     myAccount.setRate(0.0072);
19. 19     //也可以直接调用static memberfunction
20. 20     SavingAccount::setRate(0.0072);
21. 21     
22. 22     return 0;
23. 23 }

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　　由于static member functions 不需要任何object的存就可以被调用，以是编译器不会为它暗加一个this指针。也因为如此，static member function无法处理任何non-static data members，因为member function之以是能够以单逐一份函数代码处理各个object的数据而不乱，完端赖的是this指针。
3. Static Object Members（静态对象成员）
　　Object members应该被视为和一般的data members 样地位，只不外它是class范例，而一般data members是内建范例。当它冠上static，表示它所寄生的class一旦声明完成（未产生object），而且对static members做了初始化动作，这个static object member就已经在内存中有了实体。例如：
　　
[code] 1 class Point3d 2 { public: 3 // ... 4 public: // (protected: is better) 5 static Point3d origin; 6 float x, y, z; 7 }; 8 Point3d Point3d:rigin; // 別忘了这个动作（其实就是实体设置） 9 10 int main()11 {12     printf("&oint3d::x = %p\n", &oint3d::x); // 0000000413     printf("&oint3d::y = %p\n", &oint3d::y); // 0000000814     printf("&oint3d::z = %p\n", &oint3d::z); // 0000000C15     printf("&oint3d:rigin = %p\n", &oint3d:rigin); // 0040A45016     printf("&oint3d:rigin.x = %p\n", &oint3d:rigin.x); // 0040A45417     printf("&Point3d:rigin.y = %p\n", &Point3d:rigin.y); // 0040A45818     printf("&Point3d:rigin.z = %p\n", &Point3d:rigin.z); // 0040A45C19     Point3d pt3d;20     cout