專案建置[4]

C++ Struct

各位，從今天開始，要進入我們物件導向的範圍了

也就是說，我們要開始嘗試建立一個專案了！

好誒！所以我們要做什麼專案呢？

我們這學期的目標是，所有同學可以建立一個屬於自己的 Linked List 模板！

另外，在學期最後一天，我們會有一個成發的時間，到時候我們會請大家向同學簡單介紹一下自己的專案，會有獎品喔～

  • 成發規則如下：
  • 你可以建立任何一個C++的專案函式庫，並且用到我們上課教的東西
    • 例如：加密解密函式庫、logger、json讀取函式庫之類的
  • 或是你可以幫我們上課教的linked list加上一個新的功能
  • 並且在最後一堂課之前，把自己的專案放到github上面

Struct

什麼是struct呢？

假設我今天要建立乘一的資料

我可能會要記錄他的身高、體重等等

像是這樣：

int height = 150;
int weight = 90;
int IQ = 10;
int EQ = 15;
long long girlfriend;

可是假設我今天要記錄很多個人呢

假設我要記錄乘一、阿蘇、和田鼠的資料

int times1_height = 150;
int times1_weight = 90;
int times1_IQ = 10;
int times1_EQ = 15;

int ivanlo_height = 200;
int ivanlo_weight =60;
int ivanlo_IQ = 180;
int ivanlo_EQ = 180;

int Repkironca_height = 170;
int Repkironca_weight = 70;
int Repkironca_IQ = 180;
int Repkironca_EQ = -200;

要記錄這麼多東西就太亂了

所以這時候struct就發明了

struct的中文稱為結構，可以讓你定義一種新型態的變數，其中包含多項資料

struct 從C語言裡面就有，但是有點難用

C++出現之後，除了誕生了下禮拜要教的class以外，也把這個跟他很像東西做了優化

struct people {
    int height;
    int weight;
    int IQ;
    int EQ;
};

int main() {
    people times1;
    times1.IQ = 10;
    cout << times1.IQ << endl;
}

有了struct，你就可以把好幾個變數包成同一個

現在就來詳細的講到底struct要怎麼用吧

  1. 定義
  • 在使用struct時，一開始要先定義這一個struct
  • 要注意的是，這個定義要寫在 main函數外面
  • 宣告方式（記得加分號！）：
struct 結構名字 { // 沒有小括號！加了小括號就變成函數了
    // 裡面等著放東西
}; // 要注意這裡有一個分號

// example
struct people {
    
};

2. 宣告變數

  • 當我定義完一個struct之後（舉例：people)
  • 我就可以宣告一個屬於此結構的變數了
  • 宣告時，直接把我的結構名當作int之類的東西使用
  • 例如：
struct people {
};

int main() {
    people AaW;
}

看到這邊，你可能還是不理解struct的到底可以幹嘛，因此我們要繼續往下介紹

Member

成員變數

struct people {
    int height;
    int weight;
    int IQ;
    int EQ;
};

int main() {
    people times1;
    times1.IQ = 10;
    cout << times1.IQ << endl;
}

回到一開始那一段程式碼

可以看到在struct的定義裡面，我們還放了一些變數

這些在struct內的變數我們就稱為成員變數

所以成員變數的作用是什麼？

  • 剛剛一開始有說，struct的用途就是把多個變數包成一個
  • 也就是說，每一個類別為people的變數，都包含了 height、weight、IQ、EQ這四個變數！
struct people {
    int height;
    int weight;
    int IQ;
    int EQ;
};

int main() {
    people times1;
    times1.IQ = 10;
    cout << times1.IQ << endl;
}

要怎麼使用成員變數呢？

  • 一樣以剛剛的people為例
  • 首先，一樣都是people建立出來的多個變數，彼此的成員變數是不同的變數，可以有獨立的值
    • 簡單來說，雖然都是人，但AaW的身高怎麼會和乘一一樣矮
  • 因此，取用成員變數時，作法為：

例如：

struct people {
    int height, weight, IQ, EQ; 
    // 和宣告一般變數一樣，也可以這樣寫
};

people times1;
cout << times1.IQ << endl;
cout << people.IQ << endl;
// 錯誤！電腦哪知道你要輸出誰的IQ

X

變數名.成員變數名

更多關於struct的語法補充

  1. 自定義型別也可以有指標變數
struct people{
    int IQ, EQ;
    int burned_chicken[100];
}

people AaW;
people* idiot = &AaW;
// 完全合法
  1. 成員變數型態不能和struct一樣，但是可以是指標
  • 你沒辦法在一個people裡面再塞一個people，會無限輪迴啦
struct people{
    people girlfriend; // 不合法
    people* boyfriend; // 合法
    // 變數名稱請忽略www
}
  1. 成員變數也可以是陣列、或甚至STL

更多關於struct的語法補充

-> 運算子

假設你有一個指標times1，你想要輸出他的IQ

你應該會這樣寫

cout << (*times1).IQ << endl;

但是這樣有點麻煩，因此有了以下的用法，和上面完全一樣

cout << times1->IQ << endl;
struct people {
    double height;
    double weight;
};

double BMI(people a) {
    return a.weight / (a.height * a.height);
}

int main() {
    people times1;
    times1.height = 1.5;
    times1.weight = 90;
    cout << BMI(times1) << endl;
    
    people AaW;
    AaW.height = 1.8;
    AaW.weight = 60;
    cout << BMI(AaW) << endl;
    
}

以下就是一個利用struct求BMI的實例

不過你會發現，像BMI這種函數，完全和people相關，有沒有辦法像成員變數一樣宣告/使用他呢？
像是 AaW.BMI()這樣？

Method

方法

方法

想要把函式寫在struct裡面? 可以!

在struct裡面的函式，我們就稱之為「member function」或「method」

透過method，

可以讓code變得更加精簡。

那method究竟要如何使用呢?

//函式寫在struct內部
struct people {
    double height;
    double weight;
    double BMI() { //不用把自己當參數傳入
    	return this->weight / (this->height * this->height); 
        // 預設會有一個指標this指向"自己"
    }
};

int main() {
    people times1;
    times1.height = 1.5;
    times1.weight = 90;
    cout << times1.BMI() << endl; //記得呼叫時前面要加名稱
}

範例

可以看到第六行中，在方法函數內部，可以使用this取得自己的成員變數

但...this是甚麼?_?

剛剛在BMI的程式當中，我們希望取得這個人“自己”的身高及體重等資料

這時候C++預設有一個指標this，

會指向呼叫此方法的物件本身。

如果times1.BMI()在執行時this就會指向times1

this

但C++預設使用方法時，本來就有辦法取得自己的成員變數
所以在這裡this其實可以省略

也就是說...

範例

//函式寫在struct內部
struct people {
    double height;
    double weight;
    
    double BMI() { //不用把自己當參數傳進去
        return weight / (height * height); //可以省略this
    }
};

int main() {
    people times1;
    times1.height = 1.5;
    times1.weight = 90;
    cout << times1.BMI() << endl; //記得呼叫時前面要加名稱
}

可以看到第六行中，在方法函數內部，預設就會有辦法取得自己的成員變數

範例

//函式寫在struct外部
struct people {
    double height;
    double weight;
    double BMI(); //要寫在外面要先宣告!
};

double people::BMI() { //一樣不用把自己當參數傳進去
    return weight / (height * height);
}

int main() {
    people times1;
    times1.height = 1.5;
    times1.weight = 90;
    cout << times1.BMI() << endl; //記得呼叫時前面要加名稱
}

方法函數也可以寫在外面~
這樣在寫多檔案時比較方便
但這又是之後的事了

我想傳參數...

//函式寫在struct內部
struct people {
    void say(string content){ //宣告時裡面加參數
        cout<<"say"<<content<<'\n';
    } 
};

int main() {
    people times1;
    times1.say("hello!"); //記得傳參數進去!
}
//say hello!

我想傳參數...

//函式寫在struct外部
struct people {
    void say(string content); //宣告時裡面加參數
};

void people::say(string content) { //一樣要加參數
    cout<<"say"<<content<<'\n';
}

int main() {
    people times1;
    times1.say("hello!"); //記得傳參數進去!
}
//say hello!

是不是很簡單啊

:: 範圍解析運算子

如果有認真上課
那你可能會想問 :: 到底是做甚麼用的?

答案是...
::可以讓電腦知道你要用的函式
是這個struct裡的這個函式

不過這個雙冒號
只有在struct、class、namespace中適用
至於這些是甚麼，歡迎參加下一堂小社課!

Constructor

and

Destructor

看看這個 struct

struct Person {
    double height;
    double weight;
    double bmi;
    int iq;
    int eq;
};

int main() {
    Person p;
    // 初始化各屬性的值
    p.height = 160.5;
    p.weight = 55.2;
    p.bmi = p.weight / ((p.height/100)*(p.height/100))
    p.iq = 130;
    p.eq = 100;
    // 終於…設定完了…
    return 0;
}

有沒有更快的作法？

每宣告一個新的物件

都要手動設定屬性值！

建構式：一開始要做的事

struct Person {
    double height;
    double weight;
    double bmi;
    int iq;
    int eq;

    Person(double height, double weight) {
        this->height = height;
        this->weight = weight;
        this->bmi = weight / ((height/100) * (height/100));
        this->iq = 120;
        this->eq = 100;
    }
};

跟 struct 同名的成員函式

沒有回傳型別

建構式，這樣用才方便

int main() {
    Person p(160.5, 55.2);
    cout << p.height << '\n'; // 160.5
    cout << p.bmi << '\n';    // 21.4284
    cout << p.iq << '\n';     // 120
    return 0;
}

現在一行就設定完了

蛤，寫建構式你也嫌麻煩？

更精簡的建構式

struct Person {
    double height;
    double weight;
    double bmi;
    int iq;
    int eq;

    Person(double height, double weight) : height(height), weight(weight), iq(120), eq(100) {
        this->bmi = weight / ((height/100) * (height/100));
    }
};

在小括號後面放冒號

用「屬性(值)」快速設定屬性的值

解構式：資源回收守則

struct Person {
    // ...
    ~Person() {
        cout << "This person is deleted.\n";
    }
};

物件被刪掉、其記憶體被回收時做的事

以這個範例來說，沒什麼要做的

因為解構式通常跟「動態配置的記憶體」有關

動態配置記憶體

一般來說，程式會用到多少記憶體

（幾個變數、陣列多大）

都是事先就決定好的

這也是為什麼宣告陣列時要指定長度

如果需要額外的記憶體（如不定長度陣列）

就需要特別「申請」

new & delete

int main() {
    int *p = new int(42);
    cout << *p << '\n' // 42;
    delete p;
    return 0;
}

可用 new 配置記憶體

並得到指向這塊記憶體的指標

使用 new 配置的記憶體最後要 delete

範例：不定長度陣列

int main() {
    int *p = new int[1000];
    // ...
    delete [] p;
    return 0;
}

注意到 delete 後面多了一對方括號

這是為了要讓電腦知道

要解放的是一整個陣列的空間

struct 當然也可以這樣用！

int main() {
    Person *p = new Person(160.5, 55.2);
    cout << p->bmi << '\n' // 21.4284
    delete p; // This person is deleted.
    return 0;
}

什麼樣的時機會這樣寫呢？

你待會就知道了

實作時間！！！

先做一點小補充

struct 裡面也可以再宣告一個struct

struct people{
    struct head{
        int hair_amount;
    };
    
    int body;
    head myhead;
};

int main() {
    // 宣告一個人，裡面就會有一個myhead
    people times1;

    // 要怎麼單獨宣告一個head的物件呢？
    people::head single_head; 
}

先幫大家複習一下linked list是什麼

阿蘇簡報
教學文章：1/2/3

資芽簡報

所以一個linked list要有哪些東西？

頭的虛節點

尾巴的虛節點

struct node

int val

next & prev

struct LinkedList

各種method:

begin() end() size() empty()

insert() erase()

看起來好複雜？

學長，我不會寫怎麼辦！？

沒關係，我們已經幫你把架構寫好了！

你只要填空就好！

https://github.com/CKEFGISC/CKEFGISC-Linked-List

注意！

填空在2022-11-16-practice分支裡面

答案在2022-11-16-answer分支裡面

不會用github的人可以看main branch裡面的readme.md教學(連結一進去那個頁面就是了）

或是上週小社簡報

把它git clone到你的電腦吧

下課啦～

下週繼續來喔～

別忘記我們的寒訓ㄛ！！！

報名會在二段後開始，敬請期待