C++のクラス構造の解説とプログラミングの始め方

C++は、オブジェクト指向言語なので、プログラミングを行うためには、

クラス構造を理解する必要があります。

クラスの構造を理解すると、C言語よりもC++の方がプログラミングは、やりやすいと思います。

それでは、C++のクラス構造の解説とプログラミングの始め方について、解説していきます。

クラス構造について
インスタンスについて
コンストラクタについて
デストラクタについて
クラスの外部公開関数にアクセスする
C++のプログラミングの始め方
最後に

１．クラス構造について

まず始めに、C++の基本であるクラス構造について、クラス構造について、理解する必要があります。

クラス構造は、例えばこんな感じです。

class Sample {
　　public:
　　　　Sample();　　　　　　　  // コンストラクタ
　　　　~Sample();   　　　　　　// デストラクタ
　　　　void setMember( int a ) { iNumber = a ; }　// 外部公開の関数
　　　　int getMember() { return iNumeber; }　　　 // 外部公開の関数
　　private:
　　　　testfunction();　　 // 自クラス内だけで使用できる関数
　　　　int iNumber;　　　　// 自クラス内だけで使用できるメンバ変数
　　protected:
　　　　string strNumber;　// 自クラスト継承先クラスも使用できるメンバ変数
}

クラス構造で、まず理解することは、アクセス指定子のpublic、private、protectedです。

publicの後に宣言した関数やメンバ変数は、外部公開となり他のクラスからアクセスすることができます。

privateの後に宣言した関数やメンバ変数は、自分のクラス内でのみ使用することができます。

なので、他のクラスからアクセスすることができません。

protectedの後に宣言した関数やメンバ変数は、外部からアクセスはできませんが、

派生クラスからは、アクセスすることができます。

ここでは、派生クラスについての説明は省略します。

また、public、private、protectedを宣言していない区間は、private区間になります。

イメージとしては、こんな感じです。

２．インスタンスについて

C++のプログラムは、C言語と同じようにmain()関数から始まります。

main()関数から、クラスのインスタンスを生成して、そこから処理が広がっていくように、

プログラミングを行っていきます。

クラスのインスタンスを生成するとは、実体化するという意味で、

下記のように２種類の方法があります。

Sample pSample = new Sample();　// 静的メモリで実体化
Sample sample;　　　　　　　　  // 動的メモリで実体化

インスタンスを生成する際には、上記のように、

new演算子を使用する場合と、使用しない場合で、生成することができます。

new演算子を使用すると、クラスが静的にメモリ確保されますので、delete演算子を使用して、

自分でメモリ開放を行うまで、関数を抜けたとしてもクラス内の値がずっと保持されます。

new演算子を使用しない場合は、動的メモリに確保されますので、

関数を抜けると、メモリが解放されて、クラス内の値も保持されません。

new演算子でインスタンスを生成した場合は、処理が終了してから必ずdelete演算子を使用します。

もしdelete演算子を使用しなければ、メモリリークになりバグの原因になりますので、注意してください。

３．コンストラクタについて

コンストラクタは、クラスのインスタンスが生成された時に実行される関数で、

主にクラスのメンバ変数の初期化や初期処理を行います。

例えば、こんな感じです。

Sample::Sample(){　　// コンストラクタ
　　iNumber = 1000;
}
int main() {
　　Sample pSample = new Sample();　// <- この時点でコンストラクタが実行される。
　　Sample sample;　// <- この時点でコンストラクタが実行される。
}

もしコンストラクタで、行いたい処理がなければ、空関数でも大丈夫です。

４．デストラクタについて

デストラクタは、インスタンスを破棄する際に実行される関数で、

主にクラス内で生成したインスタンスのメモリ解放や、

malloc()関数などを使用したメンバ変数のメモリ解放を行います。

Sample::Sample(){
　　iNumber = 1000;
}
Sample::~Sample(){　// デストラクタ
}
int main() {
　　Sample pSample = new Sample();　// <- この時点でコンストラクタが実行される。
　　delete pSample;　　// <- この時点で、デストラクタ関数が実行される。
}

もしデストラクタで、行いたい処理がなければ、空関数でも大丈夫です。

５．クラスの外部公開関数にアクセスする

クラス構造を把握した後は、別のクラスからアクセスできる外部公開関数を作成します。

C++のプログラミングを行う場合は、クラスにどのような外部公開関数を設計するか、

また、プログラムを読む場合には、どのような外部公開関数があるかを見ておく必要があります。

ここでは、外部公開関数として、よく作成されるセッターやゲッターという関数について、

解説していきます。

セッターやゲッターの関数は、関数名にgetやsetを頭に付け、関数処理も短いので、

ほとんどの場合、下記のようにクラス定義内に記述します。

class Sample {
　　public:
　　　　Sample();　　　　　　　  // コンストラクタ
　　　　~Sample();   　　　　　　// デストラクタ
　　　　void setMember( int a ) { iNumber = a ; }　// セッター
　　　　int getMember() { return iNumeber; }　　  // ゲッター
　　private:
　　　　int iNumber;　// プライベートのメンバ変数
　　protected:
　　　　string strNumber;　// プロテクテッドのメンバ変数
}

セッター/ゲッターの用途としては、簡単で、

・セッターは、クラスのプライベートメンバ変数に、外部から値をセットする関数

・ゲッターは、クラスのプライベートメンバ変数の値を外部に渡す関数

です。

new演算子を使用した場合の外部公開のアクセスのやり方は、

下記のように、インスタンスを制した後、クラス変数の後に「->」を入れて、続けて関数名を書きます。

Sample pSample = new pSample();
pSample->setNumber( 500 );

new演算子を使用しない場合の外部公開のアクセスのやり方は、

下記のように、クラス変数の後に「. (ドット)」を入れて、続けて関数名を書きます。

Sample pSample;
pSample.setNumber( 500 );

６．C++のプログラミングの始め方

C++のプログラミングの始め方は、Windowsでも行うことができますが、

UbuntuのようなLinuxで行う方が良いです。

LinuxでもWindowsでも、C++のコンパイラが必要になります。

LinuxであるUbuntu上でのコンパイラがあるかどうかの確認は、下記で見ることができます。

$ g++ --version

バージョンが表示されずにg++のコマンドが無ければ、下記のようにインストールします。

$ sudo apt -y install g++

Windowsの場合は、下記リンクで、コンパイル環境を構築することができますので、

WindowsでC言語のプログラミング環境構築手順 - 水瓶座列車

で、参考にしてみてください。

ここでは、Ubuntuを使用して、５項のクラスの外部公開関数であるゲッターとセッターを使用した、

下記のような簡単なプログラムを作成してみました。

/** sample.cpp **/
class Sample {
　　public:
　　　　Sample();　　　　　　　  // コンストラクタ
　　　　~Sample();   　　　　　　// デストラクタ
　　　　void setMember( int a ) { iNumber = a ; }　// セッター
　　　　int getMember() { return iNumeber; }　　  // ゲッター
　　private:
　　　　int iNumber;　// プライベートのメンバ変数
　　protected:
　　　　string strNumber;　// プロテクテッドのメンバ変数
}

Sample::Sample(){
　　std::cout << "コンストラクタ\n";
　　iNumber = 1000;
}
Sample::~Sample(){
　　std::cout << "デストラクタ\n";
}

int main() {
　　int num = 0;

　　Sampel pSample = new Sample();
　　std::cout << "getNumber:" <<  pSample->getNumber() << "\n" ;
　　pSample->setNumber( 200 );
　　std::cout << "getNumber:" <<  pSample->getNumber() << "\n" ;
　　delete pSample;

　　Sampel sample;
　　std::cout << "getNumber:" <<  sample.getNumber() << "\n" ;
　　sample.setNumber( 500 );
　　std::cout << "getNumber:" <<  sample.getNumber() << "\n" ;

　　return 0;
}