6.1 对象指针和对象引用

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6.1 对象指针和对象引用

第6章 类和对象(二)

前一章中讲述了类和对象的一些基础知识，本章将进一步讨论类和对象的其他方面的内容。这些内容包括指针和引用在类和对象中的应用，使用 new 和 delete 运算符对对象进行动态分配和释放等。本章通过一些实例来深入理解类和对象在编程中的应用。

6.1 对象指针和对象引用

本节讲述指向对象的指针和对象的引用这两个概念及其在 C++ 编程中的应用。在讨论这两个概念之前，先介绍指向类的成员的指针。虽然它们都是指针，但指向的目标不同。

6.1.1 指向类的成员的指针

在 C++ 中，指向类成员的指针包括指向类的数据成员和指向成员函数的指针。

指向数据成员的指针格式如下：

<类型说明符> <类名>::* <指针名> 

指向成员函数的指针格式如下：

<类型说明符> (<类名>::*<指针名>)(<参数表>) 

例如，定义一个类 A 如下：

class A { public: int fun(int b) { return a * c + b; } A(int i) { a = i; } int c; private: int a; }; 

定义一个指向类 A 的数据成员 c 的指针 pc，其格式如下：

int A::*pc = &A::c; 

因为 c 是公有成员，因此可以这样定义。这里 pc 是指向 A 类的数据成员 c 的指针。

再定义一个指向类 A 的成员函数 fun 的指针 pfun，其格式如下：

int (A::*pfun)(int) = &A::fun; 

使用这类指针时，需要首先指定 A 类的一个对象，然后通过对象来引用指针所指向的成员。例如，给 pc 指针所指向的数据成员 c 赋值 8，可以表示如下：

A a; a.*pc = 8; 

其中，运算符 .* 用于通过指向类成员的指针来操作该类对象的成员。

使用指向对象的指针通过指向类成员的指针对该成员进行操作时，可使用运算符 ->*。例如：

A* p = &a; p->*pc = 8; 

代码示例

下面是一个使用指向类成员指针的例子：

#include <iostream> class A { public: A(int i) { a = i; } int fun(int b) { return a * c + b; } int c; private: int a; }; void main() { A x(8); int A::*pc = &A::c; x.*pc = 3; int (A::*pfun)(int) = &A::fun; A* p = &x; std::cout << (p->*pfun)(5) << std::endl; } 

执行该程序输出结果如下：

29 

说明

1. 该程序中定义了一个指向类的数据成员的指针 pc 和一个指向类成员函数的指针 pfun，并对这些指针进行了赋值。
2. 程序中对指向类成员的两个指针进行了引用和调用。其中：

   x.*pc = 3; 

   实际上是给对象 x 的成员 c 赋值，等价于：

   x.c = 3; 

   而

   (p->*pfun)(5) 

   是通过指向对象的指针 p 来调用指向类成员函数的指针 pfun，函数的实参为 5。等价于：

   p->fun(5) 

   也可以使用对象来调用指向类成员函数的指针所指向的成员函数。例如：

   (x.*pfun)(5) 

3. 程序中使用了两种不同的指针：一种是指向对象的指针，另一种是指向类成员的指针。虽然它们都是指针，但指向的目标不同。p 是指向类的对象，pc 是指向类的数据成员，pfun 是指向类的成员函数，它们在使用上不同。

6.1.2 对象指针和对象引用作为函数参数

1. 对象指针作为函数参数

使用对象指针作为函数参数比使用对象本身更为普遍。其优点如下：

1. 实现传址调用：可以在被调用函数中改变调用函数的参数对象的值，从而实现函数之间的信息传递。
2. 提高运行效率：使用对象指针作为形参仅将对象的地址值传给形参，而不进行对象副本的复制，减少了时空开销。

对象指针作为函数形参时，要求调用函数的实参是对象的地址值。下面通过一个例子来说明使用指向对象的指针作为函数参数的方法。

例 6.2 分析下列程序的输出结果：

#include <iostream> class M { public: M() { x = y = 0; } M(int i, int j) { x = i; y = j; } void copy(M *m); void setxy(int i, int j) { x = i; y = j; } void print() { std::cout << x << "," << y << std::endl; } private: int x, y; }; void M::copy(M *m) { x = m->x; y = m->y; } void fun(M m1, M *m2); int main() { M p(5, 7), q; q.copy(&p); fun(p, &q); p.print(); q.print(); } void fun(M m1, M *m2) { m1.setxy(12, 15); m2->setxy(22, 25); } 

输出结果：

5,7 22,25 

说明：

1. 该程序中，有两个指向对象的指针。一个是用于成员函数 copy() 的参数，另一个是用于一般函数 fun() 的参数。当形参是指向对象的指针时，调用函数的对应实参应该是某个对象的地址值，通常使用 & 符号加上对象名。
2. 在 fun() 函数中，有两个形参，一个是对象名，另一个是指向对象的指针名。在被调用函数中，改变了对象的数据成员值和指向对象指针的数据成员值以后，可以看到只有指向对象指针作为参数所指向的对象被改变了；而另一个以对象作为参数，形参对象值改变了，但实参对象值并没有改变。因此，该程序出现上述输出结果。这便是传址调用和传值调用的不同。

2. 对象引用作为函数参数

在实际应用中，使用对象引用作为函数参数比使用对象指针更普遍。这是因为使用对象引用作为函数参数既具有对象指针的优点，同时更简单直接。因此，C++ 编程中，人们更喜欢使用对象引用作为函数参数。

例 6.3 分析下列程序的输出结果：

#include <iostream> class M { public: M() { x = y = 0; } M(int i, int j) { x = i; y = j; } void copy(M &m); void setxy(int i, int j) { x = i; y = j; } void print() { std::cout << x << "," << y << std::endl; } private: int x, y; }; void M::copy(M &m) { x = m.x; y = m.y; } void fun(M m1, M &m2); int main() { M p(5, 7), q; q.copy(p); fun(p, q); p.print(); q.print(); } void fun(M m1, M &m2) { m1.setxy(12, 15); m2.setxy(22, 25); } 

输出结果：

5,7 22,25 

说明： 将该程序与例 6.2 进行比较可以看出，主要区别在于例 6.2 中使用的指向对象的指针在例 6.3 中换成了对象引用。对象引用的使用更简洁直观，同时也具有指针的传址调用特性，从而在 C++ 编程中得到了更广泛的应用。

总结：

• 对象指针：实现传址调用，节省内存，提高效率，但需要处理指针的细节。
• 对象引用：实现传址调用，语法更简洁，避免了指针操作的复杂性，更符合面向对象编程的思想。

6.1.3 this指针

this 是一个由系统自动提供的指向对象的特殊指针。该指针是一个指向正在对某个成员函数操作的对象的指针。当对一个对象调用成员函数时，编译程序先将该对象的地址赋给系统创建的 this 指针，然后调用成员函数。每次成员函数存取数据成员时，都隐含使用 this 指针，同样也可以显式使用 *this 来标识调用该成员函数的对象。

下面通过一个例子来说明显式使用 this 指针的方法。

例 6.4 分析下列程序的输出结果，说明程序中 this 和 *this 的用法。

#include <iostream> class A { public: A() { a = b = 0; } A(int i, int j) { a = i; b = j; } void copy(const A &aa); void print() { std::cout << a << "," << b << std::endl; } private: int a, b; }; void A::copy(const A &aa) { if (this == &aa) return; *this = aa; } int main() { A a1, a2(3, 4); a1.copy(a2); a1.print(); } 

输出结果：

3,4 

说明：

在该程序中，类 A 的成员函数 copy() 内，出现了两次 this 指针。

1. 判断自身赋值：

   if (this == &aa) return; 

   • 这段代码用于判断 this 指针是否与传入的对象 aa 的地址相同。如果相同，则说明是自赋值，自赋值没有意义，因此直接返回。
2. 赋值操作：

   *this = aa; 

   • 这里的 *this 表示操作该成员函数的对象，将 aa 对象的值赋给操作该成员函数的对象。由于 this 是指针，*this 就是指向的对象。

在 main() 函数中，a1.copy(a2); 调用 copy() 成员函数，此时 this 指向 a1 对象，aa 是 a2 对象。执行 *this = aa; 语句时，将 a2 的值赋给 a1，因此 a1 的数据成员 a 和 b 被赋值为 a2 的值。

最后，调用 a1.print(); 输出结果为 3, 4。

通过这个例子，可以更好地理解 this 指针的用途，尤其是在需要处理对象自赋值和操作当前对象的情况下。