從Ｃ結(jié)構(gòu)串到Ｃ＋＋類串

本文以C為元語言，C++為對(duì)象語言，以C++類串中的構(gòu)造函數(shù)、析構(gòu)函數(shù)、賦值函數(shù)和成員轉(zhuǎn)換函數(shù)等概念為例，用C程序描述它們的產(chǎn)生過程，進(jìn)而用C程序描述C++程序。

1構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)

(1) 從C的構(gòu)造函數(shù)SetString到C++的轉(zhuǎn)換缺省構(gòu)造函數(shù)的過程是，將指針參量s改名為this后隱藏，給參數(shù)c加上缺省值，去掉返回值類型說明。[2]

構(gòu)造函數(shù)實(shí)質(zhì)上是初始化語言的推廣，經(jīng)過C描述的結(jié)構(gòu)，到C++階段達(dá)到了和語言內(nèi)部類型的初始化語句統(tǒng)一的形式。例如：

String S(\"ok\");

等價(jià)于

String S=\"ok\";

和語言內(nèi)部類型變量的初始化語句的形式統(tǒng)一，例如：

float f=5;

給用戶定義的類的對(duì)象初始化，一般不僅需要傳遞初始值，還要定義初始化過程，特別是當(dāng)這個(gè)類含有指針成員的時(shí)候，所以構(gòu)造函數(shù)保留了參數(shù)表和函數(shù)體。之所以去掉返回值類型說明，是因?yàn)槌跏蓟^程是在構(gòu)造函數(shù)體內(nèi)完成的，不是由構(gòu)造函數(shù)的返回值完成的。

語言內(nèi)部類型變量還有復(fù)制初始化語句：

float f=5;

float g=f;

所以用戶類型，特別是含有指針成員的類型，需要增加復(fù)制構(gòu)造函數(shù)：

String::String(const String cs); //復(fù)制構(gòu)造函數(shù)

應(yīng)用舉例：

String S=\"ok\";

String T(S);

等價(jià)于

String T=S;

相應(yīng)的，語言內(nèi)部類型也增加了等價(jià)的初始化語句形式：

float f(5);//float f= 5;

float g(f);//float g=f;

復(fù)制構(gòu)造函數(shù)調(diào)用語句所具有的初始化賦值形式?jīng)Q定了其參數(shù)應(yīng)該是引用型。[2]

(2) 對(duì)語言內(nèi)置類型之間的轉(zhuǎn)換，編譯器自有轉(zhuǎn)換機(jī)制，依據(jù)“升格”原則自動(dòng)轉(zhuǎn)換。例如實(shí)行下面的語句

float f=5;

就是自動(dòng)轉(zhuǎn)換，把整數(shù)5轉(zhuǎn)換為單浮點(diǎn)型賦給f。

但是用戶類型之間的轉(zhuǎn)換，用戶類型和內(nèi)置類型之間的轉(zhuǎn)換，需要用戶定義轉(zhuǎn)換函數(shù)。編譯器遇到非內(nèi)置類型之間的轉(zhuǎn)換，就會(huì)去尋找相應(yīng)的轉(zhuǎn)換函數(shù)。當(dāng)構(gòu)造函數(shù)僅有一個(gè)參數(shù)，或僅有第一個(gè)參數(shù)沒有默認(rèn)值，而且這個(gè)參數(shù)是不同于該類的另一種數(shù)據(jù)類型，這個(gè)構(gòu)造函數(shù)就叫轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)。因此，串類的缺省構(gòu)造函數(shù)

String(const char *c=\"\");

也是轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)。實(shí)行下面的語句

String S=\"ok\";//String S(\"ok\");

就需要隱式調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)，我們稱之為隱式轉(zhuǎn)換。

這種隱式轉(zhuǎn)換經(jīng)常發(fā)生在函數(shù)調(diào)用中，如表2所示。

也有這樣的時(shí)候，一個(gè)類不允許隱式調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)，這就要在轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)聲明前加關(guān)鍵字explicit，即顯式調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)：

String S=String(\"ok\"); //顯式調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)

或

String S=(String) \"ok\"; //顯式調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)

表2中的調(diào)用語句

func1(\"ok\");

要改進(jìn)為：

func1(String(\"ok\"));//或func1((String) \"ok\");

以前我們是這樣解釋return語句的：假設(shè)函數(shù)返回值類型是類串，那么

return(\"ok\");

相當(dāng)于

String _temp=\"ok\";//系統(tǒng)根據(jù)返回值類型創(chuàng)建一個(gè)臨時(shí)變量

但是有了explicit修飾符，這樣的解釋就不夠了。這需要隱式類型轉(zhuǎn)換，而如果串類的轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)有explicit修飾，這就是非法的。因此對(duì)含有用戶類型的調(diào)用，需要重新解釋return的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)過程如下：

String _temp=String(\"ok\");//顯式調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)

類似的形式還有：

String T=String(S);//顯式調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)

相應(yīng)的，對(duì)語言固有類型也需要引入相應(yīng)的初始化形式，以達(dá)到統(tǒng)一。例如

float _temp=int(5);

float g=float(f);

(3) 在C++中，析構(gòu)函數(shù)是構(gòu)造函數(shù)的逆運(yùn)算，名稱是構(gòu)造函數(shù)名前加“~”，如~String。結(jié)束生命周期時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。一個(gè)類，若含指針成員，且指向動(dòng)態(tài)空間，則必須創(chuàng)建析構(gòu)函數(shù)。

運(yùn)算符new在隱含調(diào)用構(gòu)造函數(shù)時(shí)需要傳遞的參數(shù)在其后加括號(hào)給出。

String *pS;

pS=new String(\"ok\");

運(yùn)算符delete與free的主要區(qū)別是，前者在釋放pS指向的空間之前，負(fù)責(zé)調(diào)用析構(gòu)函數(shù)。

2成員賦值運(yùn)算符函數(shù)

一個(gè)C結(jié)構(gòu)串或C串，不能通過賦值運(yùn)算符“=”，只能通過賦值函數(shù)給另一個(gè)結(jié)構(gòu)串賦值，原因是結(jié)構(gòu)串含有指針成員。現(xiàn)在C++允許把成員賦值函數(shù)擴(kuò)展為成員賦值運(yùn)算符函數(shù)operator=，使賦值函數(shù)形式與賦值運(yùn)算符形式等價(jià)。

C++串類的應(yīng)用舉例：

String S，T，Y，W;

W=\"work\";//W.operator=(\"work\");

Y=W;//Y.operator=(W);

S=T=Y;//S.operator=(T.operator=(Y));

(S=T)=Y;//(S.operator=(T)).operator=(Y);

(S=\"hard\")=Y;//(S.operator=(\"hard\")).operator=(Y);

對(duì)應(yīng)的C串結(jié)構(gòu)應(yīng)用舉例：

String S，T，Y，W;

SetString(S，\"\")， SetString(T，\"\")， SetString(Y，\"\")， SetString(W，\"\");

CStrAssign(S，\"work\");

StrAssign(Y，W);

StrAssign(S，StrAssign(T，Y);

StrAssign(StrAssign(S，T)，Y);

StrAssign(CStrAssign(S，\"hard\")，Y);

(1) 復(fù)制賦值運(yùn)算符函數(shù)和轉(zhuǎn)換賦值運(yùn)算符函數(shù)有區(qū)別：前者是用一個(gè)類串修改另一個(gè)類串；后者是用一個(gè)C串修改一個(gè)類串：

String S，T，W (\"work\");

S=W;//調(diào)用拷貝賦值運(yùn)算符函數(shù)

T=\"work\";//調(diào)用轉(zhuǎn)換賦值運(yùn)算符函數(shù)

(2) 賦值運(yùn)算符函數(shù)與構(gòu)造函數(shù)有區(qū)別：前者是用一個(gè)已存在的串修改另一個(gè)已存在的串，而且有返回值；后者是用一個(gè)已存在的串創(chuàng)建一個(gè)串：

String T＝\"study\"， W＝\"work\";//調(diào)用缺省構(gòu)造函數(shù)，用C串創(chuàng)建類串

String S=W;//調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)，用類串創(chuàng)建類串

T=W;//調(diào)用拷貝賦值運(yùn)算符函數(shù)，用類串修改類串

T=\"work\";//調(diào)用轉(zhuǎn)換賦值運(yùn)算符函數(shù)，用C串修改類串

(3) 如果沒有轉(zhuǎn)換賦值運(yùn)算符函數(shù)，那么C++編譯器會(huì)通過轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)和拷貝賦值運(yùn)算符函數(shù)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)其功能：先調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)，生成臨時(shí)匿名對(duì)象，再調(diào)用拷貝賦值運(yùn)算符函數(shù)，將臨時(shí)對(duì)象賦值。例如：

T=\"work\";

C++編譯器將其轉(zhuǎn)換為：

T.operator=String(\"work\");

即

String _temp=\"work\";//調(diào)用轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)，生成臨時(shí)匿名對(duì)象，假設(shè)為temp

T=_temp;//調(diào)用拷貝賦值運(yùn)算符函數(shù)，用臨時(shí)對(duì)象賦值

概括起來：

轉(zhuǎn)換賦值運(yùn)算符函數(shù)=轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)+賦制賦值運(yùn)算符函數(shù)

3成員轉(zhuǎn)換函數(shù)

與轉(zhuǎn)換構(gòu)造函數(shù)和轉(zhuǎn)換賦值函數(shù)的轉(zhuǎn)換方向相反，C++成員轉(zhuǎn)換函數(shù)把類對(duì)象轉(zhuǎn)換為他類對(duì)象(見表5)。

應(yīng)用舉例：

String S(\"work\")，T(\"hard\");

char *c1=S;//char* c1=S.operator char*();

char *c2=(char*)S;//char* c2=S.operator char*();

c1=T; //c1=T.operator char*();

c2=(char*)T;//c2=T.operator char*();

4結(jié)束語

把C作為C++的元語言，這時(shí)C++的概念就可以用C程序嚴(yán)格地描述，避免C++解釋中的歧義性和模糊性，有利于理解；而且對(duì)C++，我們就不必從開頭講起，可以直接講授C++相對(duì)C的修正和補(bǔ)充部分，有利于深入。另外，C++的新標(biāo)準(zhǔn)包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，說明C++和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)整體，而C語言作為元語言，其教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該包含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但是包含多少為宜，根據(jù)Occam原理“每一個(gè)公理系統(tǒng)都是可以改進(jìn)的，但改進(jìn)不能超過其必要性?！盵1]還有許多需要我們大家共同研究的地方。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李未. 數(shù)理邏輯[M]. 北京:科學(xué)出版社，2008. 21.

[2] 王立柱. C/C++與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(第3版)(上冊(cè))[M]. 北京:清華大學(xué)出版社， 2008.221，214.