Chapter 10：Objects and Classes

从过程式步骤开始建立对象边界

过程式编程常把问题分解为函数和数据流，适合无状态计算；面向对象编程把相关状态、允许的操作和始终成立的关系放进同一边界。抽象与类的关系在于：抽象定义稳定能力和不变量，类把它实现为访问控制、状态和方法。两者不是互斥风格：类的方法内部仍由表达式、函数和控制流实现，关键变化是“谁有权改变状态、改变后必须恢复什么”。

若温度计允许调用者直接写 reading，任何值都能进入对象；若公有操作是 setCelsius()，类可以集中检查范围并保持单位一致。类不是把字段和 setter 机械包一层，而是把领域约束变成唯一合法入口。

public 承诺能力，private 保留表示自由

class declaration 同时描述 public and private。公有部分是调用者可依赖的契约；私有成员与 helper 是实现，可以在不破坏契约时替换。默认访问权限也是语言语义：class 成员默认 private，struct 成员默认 public，但二者都能有方法、构造函数和访问控制。

#pragma once
 
#include <string>
 
class BankAccount {
public:
    BankAccount(std::string owner, double openingBalance);
 
    bool deposit(double amount);
    bool withdraw(double amount);
    double balance() const;
 
private:
    std::string owner_;
    double balance_;
};

这里的不变量至少是余额有限且非负。withdraw() 返回 bool 让余额不足成为显式业务失败，并保证失败时状态不变；balance() const 承诺不修改当前对象的可观察状态。

成员函数在某个当前对象上执行

在非 static 成员函数中，编译器提供隐式的 this pointer，指向当前对象。成员名 balance_ 可理解为 this->balance_。当方法要返回当前对象以支持连续调用时，可返回 *this 的引用，但调用者不能让该引用活得比对象更久。

BankAccount& BankAccount::rename(std::string owner) {
    owner_ = std::move(owner);
    return *this;
}
 
bool BankAccount::withdraw(double amount) {
    if (amount <= 0.0 || amount > balance_) {
        return false;
    }
    this->balance_ -= amount;
    return true;
}

BankAccount::withdraw 中的 scope resolution operator 表示该函数属于 BankAccount class scope。类外定义仍可访问该类的 private 成员，因为访问权属于成员函数身份，不取决于函数体写在类内还是类外。

构造函数打开有效生命周期

构造函数与类同名、没有返回类型，负责建立首次有效状态；析构函数名为 ~ClassName，负责结束对象拥有的资源。构造不是先把对象建好再调用普通方法：成员会先按声明顺序初始化，然后执行构造函数体。初始化列表书写顺序不会改变成员真实顺序。

BankAccount::BankAccount(std::string owner, double openingBalance)
    : owner_{std::move(owner)},
      balance_{openingBalance >= 0.0 ? openingBalance : 0.0} {
}
 
BankAccount::~BankAccount() = default;

初始化列表直接构造成员；若在函数体赋值，成员必须先默认构造再赋值，const/reference 成员甚至只能在初始化阶段绑定。生产设计还应决定无效开户余额是拒绝、异常还是规范化，不能静默改值却不给调用者信号。

对象数组会逐个构造和逆序析构

BankAccount accounts[3] 需要为每个元素找到可用构造方式。若类没有默认构造函数，就必须提供三个初始化器；构造按下标递增，离开作用域时按下标递减析构。数组保证对象连续，不代表可以越过类的 public interface 直接操作成员表示。

BankAccount accounts[] {
    {"Ada", 120.0},
    {"Bjarne", 80.0},
    {"Barbara", 200.0},
};
 
for (const BankAccount& account : accounts) {
    std::cout << account.balance() << '\n';
}

对象数组把“元素生命周期”和“容器边界”叠加在一起：索引必须合法，元素本身也必须保持不变量。元素很多或数量运行时决定时，std::vector<BankAccount> 通常能同时保存长度和管理生命周期。

类作用域把类型级名字限定在类内

成员、成员函数、嵌套类型和类内常量都位于 class scope。类外通过 BankAccount:: 限定名字；对象通过 account.balance() 选择成员。类内 static data member 属于类型而非每个对象，但其声明、定义和版本规则仍需分别处理。

class Stack {
public:
    using Item = unsigned long;
    static constexpr std::size_t capacity{8};
 
    bool push(Item value);
    bool pop(Item& out);
    bool empty() const;
 
private:
    Item items_[capacity]{};
    std::size_t size_{0};
};

Stack::Item 与 Stack::capacity 不污染全局名字。类作用域解决名字归属，不自动证明设计合理；真正的契约仍来自操作语义和 size_ <= capacity 不变量。

栈是“操作集合”，不是一块数组

抽象数据类型（abstract data type, ADT）由允许的值和操作语义定义，与底层表示分离。栈的 LIFO 规则要求 push 把值放到新栈顶，pop 取出旧栈顶；满栈 push 和空栈 pop 必须有明确失败语义，且不能越界访问。

bool Stack::push(Item value) {
    if (size_ == capacity) {
        return false;
    }
    items_[size_] = value;
    ++size_;
    return true;
}
 
bool Stack::pop(Item& out) {
    if (size_ == 0) {
        return false;
    }
    --size_;
    out = items_[size_];
    return true;
}
 
bool Stack::empty() const {
    return size_ == 0;
}

pop 先证明非空，再把 size 减到旧栈顶索引，最后读取。失败路径不改 size_，也不读写数组。调用者必须检查 bool；若改用异常或 optional，仍要保留同样的前后条件。

先预测四种操作后的 size_、返回值和被访问索引，再切换实验面板核对；只要失败路径改变了状态或触碰了非法索引，ADT 契约就尚未成立。

三步把数据结构审计为类契约

小结

• 过程式与面向对象分解可以组合；类的价值是集中状态权限和不变量
• public interface 承诺领域能力，private representation 保留实现变化空间
• constructors and destructors 划定有效生命周期，成员按声明顺序构造、逆序销毁
• this pointer 表示当前对象，class scope 管理成员名字归属
• 对象数组叠加容器边界与元素生命周期，不能绕过元素契约
• abstract data types 由操作前后条件定义；栈的上溢和下溢必须保持状态有效

名词解释