C++基础——类封装简单示例

一、前言

　　在IC前端设计/验证领域，只会HDL远远不够。目前大多数项目使用已开发好的系统架构和IP Core，因此设计部分的工作量慢慢向系统集成和验证方向转移。而在集成和验证过程中，往往以各种脚本和面向对象的高级语言为主要工具。SystemVerilog已成为主流验证语言，相当于VerilogHDL与C++的结合体。故掌握C++基础是十分必要的。

二、类封装示例及解读

　 本文以《C++ Primer Plus》书中的一个简单的代码示例，讲讲自己对类封装的理解。出于练习、总结和记录的目的。OOP设计思想中：万物皆为某一类中的一个对象，类即为一群具有共性对象的抽象表示。每个类包含了数据成员和方法，成员是类包含的特性，而方法表示这一类的对象能完成哪些事情。以下示例描述的是股票这一类别。股票肯定包含股票数量和每股的价钱了。至于方法最起码可以买、卖，变动价格吧。

　　一般将类声明、方法定义分别放置在class_name.h和class_name.cpp文件中。这样的做法正符合了“封装”、“细节隐藏”的思想，让应用程序无需关注实现细节，这一点与C语言一致。先来看看class_name.h文件中类声明。

#ifndef STOCK00_H_
#define STOCK00_H_

#include <string>

class Stock
{
private:
    std::string m_company;
    long m_shares;
    double m_share_val;
    double m_total_val;
    void set_tot() {m_total_val = m_shares * m_share_val;}//内联函数
public:
    //two constructors
    Stock();//default constructor
    Stock(const std::string &co,long n = 0,double pr = 0.0);
    //destructor
    ~Stock();
    void acquire(const std::string &co,long n,double pr);
    void buy(long num,double price);
    void sell(long num,double price);
    void update(double price);
    void show() const;//promises not to change invoking object
    const Stock &topval(const Stock &s) const;
};

#endif

 　　Stock类声明中包含了两个最常用的访问控制关键字pritive和public。class与C语言中结构体类似，只不过结构体数据成员均为public。pritive部分只能通过共有成员函数访问。m_company m_shares m_share_val和m_total_val分别代表公司名称、股票数量、股票单价以及总价。其中set_tot()为定义在类声明中的成员函数，称之为内联函数。该函数只能被公有成员函数调用。

　　公有成员函数acquaire buy sell update show和topval依次完成公司首次持股、买股票、卖股票、股价变动、显示某公司股票信息以及寻找两公司股票总价最高者的操作。有两类比较特殊的函数：构造函数Stock()和析构函数~Stock()。前者负责类对象的初始化，析构函数则是逆向操作，用于对象销毁时的清理工作，如释放动态分配内存等。

　　类方法定义：

#include <iostream>
#include "stock00.h"

Stock::Stock()
{
    std::cout << "Default constructor called.
";
    m_company = "no name";
    m_shares = 0;
    m_share_val = 0.0;
    m_total_val = 0.0;
}

Stock::Stock(const std::string &co,long n,double pr)
{
    std::cout << "Constructor using " << co << " called
";
    m_company = co;

    if(n<0)
    {
        std::cout <<"Number of shares can't be negative;"
            << m_company << "shares set to 0.
";
        m_shares = 0;
    }
    else
        m_shares = n;
    m_share_val = pr;
    set_tot();
}

Stock::~Stock()
{
    std::cout << "Bye, " << m_company << "!
";
}

void Stock::acquire(const std::string &co,long n,double pr)
{
    m_company = co;
    if(n<0)
    {
        std::cout << "Number of shares can't be negative; "
                  << m_company << "shares set to 0.
";
        m_shares = 0;
    }
    else
        m_shares = n;
    m_share_val = pr;
    set_tot();
}

void Stock::buy(long num, double price)
{
    if(num<0)
    {
        std::cout << "Number of shares purchased can't be negative."
                   << "Transcation is aborted.
";
    }
    else
    {
        m_shares += num;
        m_share_val = price;
        set_tot();
    }
}

void Stock::sell(long num,double price)
{
    using std::cout;
    if(num < 0)
    {
        cout << "Number of shares sold can't be negative. "
             << "Transcation is aborted.
";
    }
    else if(num > m_shares)
    {
        cout <<"You can't sell more than you have! "
             << "Transcation is aborted.
";
    }
    else 
    {
        m_shares -=num;
        m_share_val = price;
        set_tot();
    }
}

void Stock::update(double price)
{
    m_share_val = price;
    set_tot();
}

void Stock::show() const
{
    std::cout << "Company: " << m_company << " Shares:  " << m_shares << '
'
              << "share Price:$" << m_share_val << " total worth:$" << m_total_val<< std::endl;
}
//选择总价最高的股票，返回该股票
const Stock & Stock::topval(const Stock &s) const
{
    if(s.m_total_val > m_total_val)
        return s;
    else
        return *this;
}

　　为了清晰看到构造和析构函数的隐式调用，使用cout打印相关信息。可以看到涉及到股价变动的操作时，均会调用set_tot()函数更新总股价。show()和topval()两个函数后有“const”标识符，表明两者是const成员函数。这种方式可以显示告知编译器：该函数不会改变传输实参。否则创建const类对象，且该对象调用show()函数时会报错。topval函数中返回的this指针会指向用来调用成员函数对象。

三、应用程序及结果分析

　　应用程序代码如下：

#include <iostream>
#include "stock00.h"

const int STKS = 4;
int main()
{
    Stock stocks[STKS] = {//create object array of Stock class
        Stock("NanoSmart",12,20.0),
        Stock("Boffo Objects",200,2.0),
        Stock("Monolithic Obelisks",130,3.25),
        Stock("Fleep Enterprises",60,6.5)
    };

    std::cout << "Stock holdings:
";
    int st;
    for (st=0;st<STKS;st++)
    {
        stocks[st].show();//show informations
    }

    //set top pointer to the first element
    const Stock *top = &stocks[0];
    for(st=1;st<STKS;st++)
    {
        top = &top ->topval(stocks[st]);
    }
    //now top points to the most valuable holding
    std::cout <<"
Most valuable holding:
";
    top->show();
    return 0;
}

　　亲切的main函数终于现身了！这里首先创建了一个Stock类的对象组成的数据stocks。其每个元素使用了显示方式调用构造函数。作为Stock类的对象stocks[0]-stock[3]自然可以调用类方法。之后stocks[st].show()处打印每隔公司的股票信息。接着找出总股价最高的公司，并显示信息信息。由于topval()函数仅能两两比较，故利用for循环找出最大者。精华都在这一句：top = &top ->topval(stocks[st]); 意思是：Stock类的指针top指向的Stock类对象与实参对象中总股价最大者的地址更新top。（确实有点绕）

　　最后看看打印结果：

　　打印结果表明，topval()函数成功索引到总股价最高的公司：Monolithic Obelisks。top->show()函数打印出其详细信息。最后打印了类对象数组元素对应的bye信息，证明析构函数被隐式调用。后续会在软件_脚本专栏中继续讲述C++基础示例、Linux Shell脚本等相关内容。