青少年编程与数学 02-010 C++程序设计基础 22课题、自定义类型

课题摘要:本文详细介绍了C++中的自定义类型，包括类、结构体、枚举、联合体、类模板、类型别名和异构类型。类是最常用的自定义类型，支持封装和继承，成员可设为私有、保护或公有。结构体默认公有访问权限，适用于简单数据封装。枚举定义命名整数值，提高代码可读性。联合体允许多种类型共享内存，但同一时间只能存储一种类型。类模板支持通用类定义，提高代码复用性。类型别名通过typedef或using为现有类型定义新名称。C++17引入的std::variant支持异构类型存储和操作。这些自定义类型使程序员能定义复杂数据结构和行为，提升代码健壮性、灵活性和可维护性。

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在C++中，自定义类型是一种强大的功能，允许程序员根据自己的需求定义新的数据类型。自定义类型可以封装数据和操作这些数据的函数，提高代码的可读性、可维护性和重用性。C++提供了多种方式来定义自定义类型，主要包括类（class）、结构体（struct）、枚举（enum）和联合体（union）。以下是对这些自定义类型的详细介绍：

一、类（Class）

类是C++中最常用的一种自定义类型，用于封装数据和操作这些数据的函数。类可以定义私有（private）、保护（protected）和公有（public）成员，提供了封装和继承等面向对象编程的特性。

定义类

class MyClass {
private:
    int privateData;  // 私有成员变量
protected:
    int protectedData;  // 保护成员变量
public:
    MyClass(int data) : privateData(data) {}  // 构造函数
    void setPrivateData(int data) {
        privateData = data;
    }
    int getPrivateData() const {
        return privateData;
    }
};

使用类

MyClass obj(10);
obj.setPrivateData(20);
int data = obj.getPrivateData();  // data = 20

二、结构体（Struct）

结构体与类非常相似，但默认的访问权限是公有（public），而不是私有（private）。结构体通常用于简单的数据封装，不需要复杂的封装和继承。

定义结构体

struct MyStruct {
    int data;
    void setData(int newData) {
        data = newData;
    }
    int getData() const {
        return data;
    }
};

使用结构体

MyStruct obj;
obj.setData(10);
int data = obj.getData();  // data = 10

三、枚举（Enum）

枚举用于定义一组命名的整数值，使得代码更加可读和易于维护。枚举可以是强类型的，也可以是普通的。

定义枚举

enum Color { RED, GREEN, BLUE };

使用枚举

Color myColor = RED;
if (myColor == RED) {
    // 处理红色
}

四、联合体（Union）

联合体用于定义一个变量，该变量可以存储多种不同类型的值，但同一时间只能存储其中一种。联合体的大小是其最大成员的大小。

定义联合体

union MyUnion {
    int i;
    float f;
    char c[4];
};

使用联合体

MyUnion u;
u.i = 10;  // 存储整数
float f = u.f;  // 读取浮点数，结果未定义

五、类模板（Class Template）

类模板允许定义通用的类，可以在编译时指定具体的类型。类模板提高了代码的复用性和灵活性。

定义类模板

template <typename T>
class MyTemplateClass {
private:
    T data;
public:
    MyTemplateClass(T initData) : data(initData) {}
    void setData(T newData) {
        data = newData;
    }
    T getData() const {
        return data;
    }
};

使用类模板

MyTemplateClass<int> intObj(10);
intObj.setData(20);
int intData = intObj.getData();  // intData = 20

MyTemplateClass<float> floatObj(3.14f);
floatObj.setData(2.71f);
float floatData = floatObj.getData();  // floatData = 2.71

六、类型别名（Type Alias）

类型别名用于为现有类型定义一个新的名称，使得代码更加清晰和易于理解。可以使用typedef或using关键字定义类型别名。

使用typedef定义类型别名

typedef int Integer;
Integer x = 10;

使用using定义类型别名

using Integer = int;
Integer x = 10;

七、异构类型（Variant）

C++17引入了std::variant，用于表示多种类型中的一个。std::variant可以安全地存储和操作多种类型的数据。

使用std::variant

#include 
#include 

int main() {
    std::variant<int, float, std::string> v = 10;
    v = 3.14f;
    v = "Hello, World!";

    if (std::holds_alternative<std::string>(v)) {
        std::cout << std::get<std::string>(v) << std::endl;
    }
}

总结

C++中的自定义类型提供了强大的功能，使得程序员可以根据自己的需求定义复杂的数据结构和行为。类和结构体是最常用的自定义类型，枚举和联合体用于特定的场景，类模板和类型别名提高了代码的复用性和可读性，而std::variant提供了异构类型的支持。通过合理使用这些自定义类型，可以编写出更加健壮、灵活和可维护的代码。