C++_类入门3-嵌套类

可以将类B声明在另一个类中。在另一个类A中声明的类B被称为嵌套类（nested class）。

类A的成员函数可以创建和使用嵌套类B的对象。

当且仅当声明为公有部分时，才能在类A的外面使用嵌套类。而且必须使用作用域解析运算符。（旧版C++不支持嵌套类概念）

       对类进行嵌套和包含并不同。包含意味着将类C对象作为类A的成员。而对类B进行嵌套不创建类成员，而是定义了一种类型，该类型仅仅在包含嵌套类声明的类A中有效。

       对类进行嵌套通常是为了帮助实现另一个类，并避免名称冲突。

class Queue

{

private:

//classs scope definitions

　　//Node is a nested structure definition local to this class

　　struct node {Item item; struct Node * next;};

}

结构是其成员在默认情况下公有的类。结构可以理解成一种特殊的类。

所以Node实际上可以看成嵌套类。但该定义没有充分利用类的功能。

具体来说，它没有显式构造函数。接下来进行补救。

Queue的方法enqueue创建了Node：

bool Queue::enqueue(const Item & item)
{
    if(isfull())
        return false;
    Node * add = new Node;  //create node
//on failure,new throws std::bad_alloc exception
    add->item =item;    //set node pointer
    add->next =NULL;
    ...
}

上述代码创建Node后，显式地给Node成员赋值，这种工作更适合由构造函数来完成。

于是可以改写Node如下：

class Queue
{
    //Node is a nested calss definition local to this class
    class Node
    {
    public:
        Item item;
        Node * next;
        Node(const Item & i):item(i),next(0) { }
    };
    ...  
}

该构造函数节点的item成员被初始化为i，并将next指针置为0，这是C++编写空值指针的方法之一。

接下来，需要使用构造函数重新编写enqueue()：

bool Queue::enqueue(const Item & item)
{
    if(isfull())
        reutrn false;
    Node * add = new Node(item);  //create, initialize node
//on failure,new throws std::bad_alloc exception
...      
}

这使得enqueue()的代码更短，也更安全，因为它自动进行初始化，无需程序员记住应该做什么。

这个例子在类声明中定义了构造函数。假设想在方法文件中定义构造函数，则定义必须指出Node类，

这是通过两次作用域运算符来完成的；

Queue::Node::Node(const Item & i):item(i),next(0) { }

嵌套类和访问权限

嵌套类的声明位置决定了嵌套类的作用域。即它决定了程序的那些部分可以创建这种类的对象。

其次，和其他类一样，嵌套类的公有部分、保护部分、私有部分控制了对类成员的访问。

在哪些地方可以使用嵌套类以及如何使用嵌套类，取决于作用域和访问控制。

1、作用域

如果嵌套类是在类的私有部分声明的：

　　则只有类的私有部分知道它，在前一个例子中，被嵌套在Queue声明中的Node类就属于这种情况。

　　Queue成员可以使用Node对象和Node对象的指针，但是程序的其他部分甚至不知道存在Node类。

　　而对于从Queue派生而来的类，Node也是不可见的。因为派生类不能直接访问积累的私有部分。

如果嵌套类是在类的保护部分声明的：

　　则该嵌套类对于后面这个类是可见的，但是对于外部世界则是不可见的。

　  在这种情况下，派生类知道嵌套类，病可以直接创建这种类型的对象。　　

如果嵌套类是在类的公有部分声明的：

　　则后者、后者的派生类以及外部世界使用它，因为它是公有的。

　　然而，由于嵌套类的作用域为包含它的类，因此在外部世界使用它时，必须使用类限定符。

嵌套结构和枚举的作用域如此相同。其实，很多程序员都使用公有枚举来提供可供客户程序员使用的类常数。

作用域就是指这个对象（类、枚举）可见的范围，有效的范围。

2、访问控制

类可见之后，起决定作用的就是访问控制。

类声明的位置决定了类的作用域或可见性。类可见后，访问控制规则（公有、保护、私有、友元）将决定程序对嵌套类成员的访问权限。

在Queue类声明中声明Node并没有赋予Queue类对Node类的访问特权。

因此Queue类对象只能显式地访问Node对象的公有成员。

由于这个原因，在Queue示例中，Node类的所有成员都被声明为公有的。

这样有悖于应将数据成员声明为私有的惯例，但Node类是Queue类内部实现的一项特性，对外部实际不可见，这是因为Queue类是在Queue类的私有部分声明的。

所以，虽然Queue的方法可以直接访问Node成员，但使用Queue类的客户不能这样做。

模板中的嵌套

模板很适合用于诸如实现Queue等容器类。

将Queue类定义转换为模板时，是否会由于它包含嵌套类而带来问题？答案是不会。

//queuetp.h -- queue template with a nested class
#ifndef QUEUETP_H_
#define QUEUETP_H_

template <class Item>
class QueueTP
{
private:
    enum {Q_SIZE =10};
    //Node is a nested class definition
    class Node
    {
    public:
        Item item;
        Node * next;
        Node(const Item & i): item(i),next(0) {}
    };
    Node * front;
    Node * rear;
    int item;           //current number of items in Queue;
    const int qsize;  //maximum number of items in Queue;
    QueueTP(const QueueTP & q): qsize(0) {}
    QueueTP & operator=(const QueueTP & q) {return *this;}
public:
    QueueTP(int qs= Q_SIZE);
    ~QueueTP();
    bool isempty() const{
        return item==0;
    };
    bool isfull() const{
        return item==qsize;
    };
    int queuecount const{
        return item;
    };
    bool enqueue(const Item & item);  //add item to end
    bool dequeue(Item & item);   //remove item from front
};


#endif

//QueueTP methods
QueueTP<Item>::QueueTP(int qs): qsize(qs)
{
    front = reart = 0;
    items = 0;
}


template <class Item>
QueueTP<Item>::~QueueTP()
{
    Node * temp;
    while()
    {
        temp=front;
        front=front->next;
        delete temp;
    }
}


template <class Item>
bool QueueTP<Item>::enqueue(const Item & item)
{
    if(isfull())
        return false;
    Node * add = new Node(item);  //create node
//on failure, new throws std::bad_alloc exception
    items++;
    if(front ==0)
        front == add;
    else
        rear->next == add;
    rear = add;
    return true;
}


template <class Item>
bool QueueTP<Item>::dequeue(Item & item)
{
    if(front == 0)
        return false;
    item = front->item;
    items--;
    Node * temp =front;
    front = front->next;
    delete temp;
    if(items==0)
        rear = 0;
    return true;
}

在模板中Node是利用Item类型来定义的。

下面声明将导致Node被定义成用于储存double值：

　   QueueTP<double> dq;

而下面的声明将导致Node被定义成用于存储char的值：

　　QueueTP<char> dq;

这两个Node类将在两个独立的QueueTP类中定义，因此不会发生名称冲突。

即一个节点的类型为QueueTP<double>::Node

另一个节点的类型为QueueTP<char>::Node

接下来用一个小程序测试一下：

//nested.cpp  -- using a queue that has a nested class

#include <iostream>
#include <string>
#include "queuetp.h"

int main()
{
    using std::string;
    using std::cin;
    using std::cout;

    QueueTP<string> cs(5);
    string temp;

    while(!cs.isfull())
    {
        cout<<"Please enter your name.Your will be"
                   "served in the order of arrival.
"
                   "name:";
        getline(cin,temp);
        cs.enqueue(temp);
    }
    cout<<"The queue is full.Processing begins!
";

    while(!cs.isempty())
    {
        cs.dequeue(temp);
        cout<<"Now processing "<<temp<<"...
";
    }
    return 0;  
}