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C++核心编程
本阶段主要针对C++面向对象编程技术做详细讲解,探讨C++中的核心和精髓。
1 内存分区模型
C++程序在执行时,将内存大方向划分为4个区域
- 代码区:存放函数体的二进制代码,由操作系统进行管理的
- 全局区:存放全局变量和静态变量以及常量
- 栈区:由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量等
- 堆区:由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收
内存四区意义:
不同区域存放的数据,赋予不同的生命周期, 给我们更大的灵活编程
1.1 程序运行前
在程序编译后,生成了exe可执行程序,未执行该程序前分为两个区域
代码区:
存放 CPU 执行的机器指令
代码区是共享的,共享的目的是对于频繁被执行的程序,只需要在内存中有一份代码即可
代码区是只读的,使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令
全局区:
全局变量和静态变量存放在此.
全局区还包含了常量区, 字符串常量和其他常量(const修饰的全局变量)也存放在此.
该区域的数据在程序结束后由操作系统释放.
示例:
//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;
//全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;
int main() {
//局部变量
int a = 10;
int b = 10;
//打印地址
cout << "局部变量a地址为: " << (int)&a << endl;
cout << "局部变量b地址为: " << (int)&b << endl;
cout << "全局变量g_a地址为: " << (int)&g_a << endl;
cout << "全局变量g_b地址为: " << (int)&g_b << endl;
//静态变量
static int s_a = 10;
static int s_b = 10;
cout << "静态变量s_a地址为: " << (int)&s_a << endl;
cout << "静态变量s_b地址为: " << (int)&s_b << endl;
cout << "字符串常量地址为: " << (int)&"hello world" << endl;
cout << "字符串常量地址为: " << (int)&"hello world1" << endl;
cout << "全局常量c_g_a地址为: " << (int)&c_g_a << endl;
cout << "全局常量c_g_b地址为: " << (int)&c_g_b << endl;
const int c_l_a = 10;
const int c_l_b = 10;
cout << "局部常量c_l_a地址为: " << (int)&c_l_a << endl;
cout << "局部常量c_l_b地址为: " << (int)&c_l_b << endl;
system("pause");
return 0;
}
打印结果:
总结:
- C++中在程序运行前分为全局区和代码区
- 代码区特点是共享和只读
- 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
- 常量区中存放 const修饰的全局常量 和 字符串常量
1.2 程序运行后
栈区:
由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量等
注意事项:不要返回局部变量的地址(防止野指针),局部变量出了作用域(函数调用执行完成后)就销毁,栈区开辟的数据由编译器自动释放
示例:
int * func()
{
int a = 10;
return &a;
}
int main() {
int *p = func();
cout << *p << endl;//第一次可以打印正确,是因为编译器做了保留
cout << *p << endl;//第二次打印就是随机值了
system("pause");
return 0;
}
堆区:
由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收
在C++中主要利用new在堆区开辟内存
示例:
int* func()
{
int* a = new int(10);//10为开辟的堆内数据初始值
return a;
}
int main() {
int *p = func();
cout << *p << endl;
cout << *p << endl;
system("pause");
return 0;
}
总结:
堆区数据由程序员管理开辟和释放
堆区数据利用new关键字进行开辟内存
1.3 new操作符
C语言中的malloc/colloc/realloc的缺点:
-
程序员必须确定对象的长度。
-
返回一个 void 指针,c++不允许将 void 赋值给其他任何指针,必须强转。
-
可能申请内存失败,所以必须判断返回值来确保内存分配成功。
4)不能调用构造函数,free不能调用析构函数
C++中利用new操作符在堆区开辟数据,没有上面的缺点
堆区开辟的数据,由程序员手动开辟,手动释放,释放利用操作符 delete
语法: new 数据类型
利用new创建的数据,会返回该数据对应的类型的指针
当用 new 创建一个对象时,它就在堆里为对象分配内存并自动调用构造函数完成初始化。delete 表达式先自动调用析构函数,然后释放内存
当用 new 创建一个对象数组时,它就在堆里为数组内的每个对象分配内存并自动调用每个对象的构造函数完成初始化。delete 表达式先自动调用每个对象的析构函数,然后释放内存
示例1: new给内置数据类型申请空间并初始化
语法:int* a = new int(10);//10为开辟空间内int数据初始化值
int* func()
{
int* a = new int(10);//10为开辟空间内int数据初始化值
return a;
}
int main() {
int *p = func();
cout << *p << endl;
cout << *p << endl;
//利用delete释放堆区数据
delete p;
//cout << *p << endl; //报错,释放的空间不可访问
system("pause");
return 0;
}
示例2:new给内置数据类型的数组开辟空间并初始化
语法:int* arr = new int[10]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,9,10};
也可以只初始化部分,未初始化部分应该是随机值
比如int* arr = new int[10]{1, 2, 3};
//堆区开辟数组
int main() {
int* arr = new int[10];//10为数组元素个数,开辟空间时未初始化,元素为随机值
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
arr[i] = i + 1;//给10个元素初始化赋值1~10
}
//也可以直接在开辟空间时初始化
int* arr = new int[10]{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,9,10};
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
cout << arr[i] << endl;
}
//释放数组 delete 后加 []
delete[] arr;
system("pause");
return 0;
}
示例3:new给类的对象开辟空间并初始化
调用无参构造
隐式调用有参构造
示例4:在栈区直接创建对象数组
运行结果
运行结果
示例5:用new和delete在堆区创建对象数组
2 引用
2.1 引用的基本使用
**作用: **给变量起别名
语法: 数据类型 &别名 = 原名
注意别名的数据类型要和原名的数据类型一样
示例:
int main() {
int a = 10;
int &b = a;//给变量a起别名,叫b
//变量a和变量b是同一块内存空间的名字
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
b = 100;//b被修改也就意味着a也被修改
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
system("pause");
return 0;
}
2.2 引用注意事项
-
引用必须初始化
-
引用在初始化后,不可以改变
示例:
int main() {
int a = 10;
int b = 20;
//int &c; //错误,引用必须初始化
int &c = a; //一旦初始化后,就不可以更改
c = b; //这是赋值操作,不是更改引用
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl;
system("pause");
return 0;
}
2.3 引用做函数参数
**作用:**函数传参时,可以利用引用的技术让形参修饰实参
**优点:**可以简化指针修改实参
形参是实参的别名,形参和实参操作的是同一块内存
示例:
//1. 值传递(传值调用)形参的改变不会影响实参
void mySwap01(int a, int b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//2. 地址传递(传址调用)形参的改变会影响实参
void mySwap02(int* a, int* b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
//3. 引用传递(传引用)形参的改变会影响实参
//形参是实参的别名,形参和实参操作的是同一块内存
void mySwap03(int& a, int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
int main() {
int a = 10;
int b = 20;
mySwap01(a, b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
mySwap02(&a, &b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
mySwap03(a, b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
system("pause");
return 0;
}
总结:通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单
2.4 引用做函数返回值
作用:引用是可以作为函数的返回值存在的
注意:不要返回局部变量引用(防止野引用)
用法:函数调用作为左值,左值的意思就是作为等号左边的值,意思就是函数调用的结果可被赋值
示例:
//返回局部变量引用
int& test01() {
int a = 10; //局部变量,出作用域就销毁释放
return a;
}
//返回静态变量引用
int& test02() {
static int a = 20;//静态变量存放在全局区,全局区上的数据在程序结束后由系统释放
return a;
}
int main() {
//不能返回局部变量的引用
int& ref = test01();
cout << "ref = " << ref << endl;//第一次能打印正确,是因为编译器做了保留
cout << "ref = " << ref << endl;//第二次结果是随机值,因为a所在内存已经被释放还给操作系统
//如果函数做左值,那么必须返回引用
int& ref2 = test02();
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
test02() = 1000;//相当于a=1000
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
system("pause");
return 0;
}
2.5 引用的本质
本质:引用的本质在c++内部实现是一个指针常量.(即const修饰的指针,const在*后面)
讲解示例:
void func(int& ref)//编译器发现形参是引用,编译器自动帮你转换为 int* const ref = &a;
{
ref = 100; // ref是引用,编译器帮你自动转换为*ref = 100
}
int main(){
int a = 10;
int& ref = a; //自动转换为 int* const ref = &a; 指针常量是指针指向不可改,也说明为啥引用不可更改
ref = 20; //内部发现ref是引用,自动帮我们转换为: *ref = 20;
cout << "a:" << a << endl;
cout << "ref:" << ref << endl;
func(a);
return 0;
}
结论:C++推荐用引用技术,因为语法方便,引用本质是指针常量,但是所有的指针操作编译器都帮我们做了
2.6 常量引用
**作用:**常量引用主要用来修饰形参,防止误操作
在函数形参列表中,可以加const修饰形参,防止形参改变实参
示例:
//引用使用的场景,通常用来修饰形参
void showValue(const int& v) {
//v += 10;
cout << v << endl;
}
int main() {
//int& ref = 10; 引用本身需要一个合法的内存空间,因此这行错误
const int& ref = 10;
//加入const就可以了,编译器会优化代码为:int temp = 10; const int& ref = temp;但原名tmp我们看不到了,只能使用别名ref来操作tmp所在空间
//ref = 100; //加入const后不可以修改变量
cout << ref << endl;
//函数中利用常量引用防止误操作修改实参
int a = 10;
showValue(a);
system("pause");
return 0;
}
3 函数提高
3.1 函数默认参数
在C++中,函数的形参列表中的形参是可以有默认值的。
语法: 返回值类型 函数名 (参数= 默认值){}
示例:
int func(int a, int b = 10, int c = 10) {
return a + b + c;
}
//1. 如果某个位置参数有默认值,那么从这个位置往后,从左向右,必须都要有默认值
//2. 如果函数声明时形参有默认值,函数实现时形参就不能有默认值了,反之,函数实现时形参有默认值,那声明时形参就不能有默认值
int func2(int a = 10, int b = 10);
int func2(int a, int b) {
return a + b;
}
int main() {
cout << "ret = " << func(20, 20) << endl;//如果调用时传了实参,就用实参,如果没有传实参,就用默认值
cout << "ret = " << func(100) << endl;
system("pause");
return 0;
}
3.2 函数占位参数
C++中函数的形参列表里可以有占位参数,用来做占位,调用函数时必须填补该位置
语法: 返回值类型 函数名 (数据类型){}
在现阶段函数的占位参数存在意义不大,但是后面的课程中会用到该技术
示例:
//函数占位参数 ,占位参数也可以有默认参数
//例如void func(int a, int = 10);
void func(int a, int) {
cout << "this is func" << endl;
}
int main() {
func(10,1); //占位参数必须填补
//若占位参数有默认值,则调用时不用填补,例如func(10);
system("pause");
return 0;
}
3.3 函数重载
3.3.1 函数重载概述
作用:函数名可以相同,提高复用性
函数重载满足条件:
- 同一个作用域下
- 函数名称相同
- 函数参数类型不同 或者 个数不同 或者 顺序不同
注意: 函数的返回值不可以作为函数重载的条件
示例:
//函数重载需要函数都在同一个作用域下
void func()
{
cout << "func 的调用!" << endl;
}
void func(int a)//与上一个函数的参数的个数不同
{
cout << "func (int a) 的调用!" << endl;
}
void func(double a)//与上一个函数的参数的类型不同
{
cout << "func (double a)的调用!" << endl;
}
void func(int a ,double b)//与上个函数的参数个数不同
{
cout << "func (int a ,double b) 的调用!" << endl;
}
void func(double a ,int b)//与上个函数的参数顺序不同
{
cout << "func (double a ,int b)的调用!" << endl;
}
//函数返回值不可以作为函数重载条件
//int func(double a, int b)
//{
// cout << "func (double a ,int b)的调用!" << endl;
//}
int main() {
func();
func(10);
func(3.14);
func(10,3.14);
func(3.14 , 10);
system("pause");
return 0;
}
3.3.2 函数重载注意事项
- 引用作为重载条件(形参加不加const可以作为重载条件)
- 函数重载碰到函数默认参数(写函数重载就尽量别写默认参数,避免调用时出现歧义)
示例:
//函数重载注意事项
//1、引用作为重载条件
void func(int &a)//调用时若传常量:int &a = 10明显不合法,所以只能识别传变量的调用
{
cout << "func (int &a) 调用 " << endl;
}
void func(const int &a)//与上一个函数属于参数类型不同,调用时若传常量:const int &a = 10语法是合法的,因为编译器会自动优化代码为编译器会优化代码为:int temp = 10; const int &a = temp;
{
cout << "func (const int &a) 调用 " << endl;
}
//2、函数重载碰到函数默认参数
void func2(int a, int b = 10)
{
cout << "func2(int a, int b = 10) 调用" << endl;
}
void func2(int a)
{
cout << "func2(int a) 调用" << endl;
}
int main() {
int a = 10;
func(a); //调用无const,因为a是一个可读可写的变量
func(10);//调用有const
//func2(10); //碰到默认参数产生歧义,需要避免
system("pause");
return 0;
}
4 类和对象
C++面向对象的三大特性为:封装、继承、多态
C++认为万事万物都皆为对象,对象上有其属性和行为
我理解的是数据类型是是图纸,有基本数据类型和自定义数据类型之分,变量是对图纸内容的实现,对象是特殊的变量,变量包含基本数据类型的变量和自定义数据类型class和struct的对象。基本数据类型内部有没有构造、析构这不得而知
例如:
人可以作为对象,属性有姓名、年龄、身高、体重…,行为有走、跑、跳、吃饭、唱歌…
车也可以作为对象,属性有轮胎、方向盘、车灯…,行为有载人、放音乐、放空调…
具有相同性质的对象,我们可以抽象称为类,人属于人类,车属于车类
4.1 封装
4.1.1 封装的意义
封装是C++面向对象三大特性之一
封装的意义:
- 将属性和行为作为一个整体,表现生活中的事物
- 将属性和行为加以权限控制
封装意义一:
在设计类的时候,属性和行为写在一起,表现事物
语法: class 类名{ 访问权限: 属性 / 行为 };
类中的属性和行为统称为成员,属性又称为成员属性或成员变量,行为又称为成员函数或成员方法
**示例1:**设计一个圆类,求圆的周长
示例代码:
//圆周率
const double PI = 3.14;
//1、封装的意义
//将属性和行为作为一个整体,用来表现生活中的事物
//封装一个圆类,求圆的周长
//class代表设计一个类,后面跟着的是类名
class Circle
{
public: //访问权限 公共的权限
//属性:又称为成员属性或成员变量
int m_r;//半径
//行为:又称为成员函数或成员方法
//获取到圆的周长
double calculateZC()
{
//2 * pi * r
//获取圆的周长
return 2 * PI * m_r;
}
};
int main() {
//通过圆类,创建圆的对象
// c1就是一个具体的圆
Circle c1;
c1.m_r = 10; //给圆对象的半径 进行赋值操作
//2 * pi * 10 = = 62.8
cout << "圆的周长为: " << c1.calculateZC() << endl;
system("pause");
return 0;
}
**示例2:**设计一个学生类,属性有姓名和学号,可以给姓名和学号赋值,可以显示学生的姓名和学号
示例2代码:
//学生类
class Student {
public:
void setName(string name) {
m_name = name;
}
void setID(int id) {
m_id = id;
}
void showStudent() {
cout << "name:" << m_name << " ID:" << m_id << endl;
}
public:
string m_name;
int m_id;
};
int main() {
//创建一个具体的学生,实例化对象
Student stu;
stu.setName("德玛西亚");
stu.setID(250);
stu.showStudent();
system("pause");
return 0;
}
封装意义二:
类在设计时,可以把属性和行为放在不同的权限下,加以控制
访问权限有三种:
- public 公共权限
- protected 保护权限
- private 私有权限
示例:
//三种权限
//公共权限 public 类内可以访问 类外可以访问
//保护权限 protected 类内可以访问 类外不可以访问,儿子可以访问父亲中的保护内容
//私有权限 private 类内可以访问 类外不可以访问,儿子不可以访问父亲中的私有内容
class Person
{
//姓名 公共权限
public:
string m_Name;
//汽车 保护权限
protected:
string m_Car;
//银行卡密码 私有权限
private:
int m_Password;
public:
void func()
{//类内3种权限都可以访问
m_Name = "张三";
m_Car = "拖拉机";
m_Password = 123456;
}
};
int main() {
Person p;
p.m_Name = "李四";//公共权限,类外可以访问
//p.m_Car = "奔驰"; //保护权限类外访问不到
//p.m_Password = 123; //私有权限类外访问不到
system("pause");
return 0;
}
4.1.2 struct和class区别
在C++中 struct和class唯一的区别就在于 默认的访问权限不同
区别:
- struct 默认权限为公共 public
- class 默认权限为私有 private
class C1
{
int m_A; //默认是私有权限
};
struct C2
{
int m_A; //默认是公共权限
};
int main() {
C1 c1;
c1.m_A = 10; //错误,访问权限是私有,类外不可访问
C2 c2;
c2.m_A = 10; //正确,访问权限是公共,类外可访问
system("pause");
return 0;
}
4.1.3 成员属性设置为私有的意义
- 可赋予客户端访问数据的一致性。 如果成员变量不是 public,客户端唯一能够访问对象的方法就是通过成员函数。如果类中所有 public 权限的 成员都是函数,客户在访问类成员时只会默认访问函数,不需要考虑访问的成员需不需要添加(),这就省下了 许多搔首弄耳的时间。
- 可细微划分访问控制。 使用成员函数可使得我们对变量的控制处理更加精细。如果我们让所有的成员变量为 public,每个人都可以 读写它。如果我们设置为 private,我们可以实现“不准访问”、“只读访问”、“读写访问”,甚至你可以写出“只 写访问”
优点1:将所有成员属性设置为私有,可以自己控制读(get)写(set)权限,(类内对外提供公共接口,只读的成员变量就只提供get函数,只写的成员变量就只提供set函数,可读可写就set函数和get函数都提供)
优点2:对于写权限(set),我们可以检测写入数据的有效性
示例:
class Person {
public:
//对外提供一个公共接口,自己控制读写权限
//姓名设置可读可写
//设置姓名(写)
void setName(string name) {
m_Name = name;
}
//获取姓名(读)
string getName()
{
return m_Name;
}
//获取年龄 (读权限)
int getAge() {
m_Age = 0;//初始化为0岁
return m_Age;
}
//设置年龄(写权限)
void setAge(int age) {
//检测数据有效性
if (age < 0 || age > 150) {
cout << "检测到你设置的年龄有误,设置失败" << endl;
return;
}
m_Age = age;
}
//情人设置为只写
void setLover(string lover) {
m_Lover = lover;
}
//将所有成员属性设置为私有
private:
string m_Name; //可读可写 姓名
int m_Age; //可读可写 年龄
string m_Lover; //只写 情人
};
int main() {
Person p;
//姓名设置
p.setName("张三");
cout << "姓名: " << p.getName() << endl;
//年龄设置
p.setAge(50);
cout << "年龄: " << p.getAge() << endl;
//情人设置
p.setLover("苍井");
//cout << "情人: " << p.m_Lover << endl; //只写属性,不可以读取
system("pause");
return 0;
}
练习案例1:设计立方体类
设计立方体类(Cube)
求出立方体的面积和体积
分别用全局函数和成员函数判断两个立方体是否相等。
#include <iostream>
using namespace std;
//设计立方体类
class Cube{
//行为权限:公共
public :
//写权限
void setL(int L )
{
m_L = L;
}
void setW(int W)
{
m_W = W;
}
void setH(int H)
{
m_H = H;
}
//读权限
int getL()
{
return m_L;
}
int getW()
{
return m_W;
}
int getH()
{
return m_H;
}
//计算立方体的面积
int calculateArea()
{
return 2 * m_L * m_W + 2 * m_L * m_H + 2 * m_W * m_H;
}
//计算立方体的体积
int calculateV()
{
return m_L * m_W * m_H;
}
//通过成员函数比较2个立方体是否相同,参数只需要传另一个立方体对象即可,
//因为成员函数是在已经有1个立方体对象的情况下,通过此立方体对象调用成员函数
bool isSameByclass(Cube& c)//形参写成引用,不用拷贝数据,提高效率
{
if (m_L == c.getL() && m_W == c.getW() && m_H == c.getH())
return true;
return false;
}
//属性权限
private :
int m_L;//长
int m_W;//宽
int m_H;//高
};
//通过全局函数判断2个立方体是否相同,需要传2个立方体对象
bool isSame(Cube& c1, Cube& c2)
{
if (c1.getL() == c2.getL() && c1.getW() == c2.getW() && c1.getH() == c2.getH())
return true;
return false;
}
int main()
{
//实例化第一个立方体c1
Cube c1;
c1.setL(10);
c1.setW(10);
c1.setH(10);
//计算并且打印c1的面积
cout << "c1的面积:" << c1.calculateArea() << endl;
//计算并打印c1的体积
cout << "c1的体积:" << c1.calculateV() << endl;
//实例化第二个立方体c2
Cube c2;
c2.setL(10);
c2.setW(10);
c2.setH(10);
//通过成员函数比较2个立方体是否相同
bool ret = c1.isSameByclass(c2);
if (ret == true)
{
cout << "通过成员函数判断:c1和c2是相同的立方体" << endl;
}
else
{
cout << "通过成员函数判断:c1和c2是不同的立方体" << endl;
}
//通过全局函数比较2个立方体是否相同
ret = isSame(c1, c2);
if (ret == true)
{
cout << "通过全局函数判断:c1和c2是相同的立方体" << endl;
}
else
{
cout << "通过全局函数判断:c1和c2是不同的立方体" << endl;
}
return 0;
}
总结:可以看出全局函数和成员函数参数设置和调用的方式不同:
通过全局函数判断2个立方体是否相同,需要传2个立方体对象
通过成员函数比较2个立方体是否相同,参数只需要传另一个立方体对象即可,因为成员函数是在已经有1个立方体对象的情况下,通过此立方体对象调用成员函数
练习案例2:点和圆的关系
设计一个圆形类(Circle),和一个点类(Point),判断点和圆的位置关系。
point.h文件
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
//声明点类
class Point {
//成员函数的声明
public:
//横坐标的写和读
void setX(int x);
int getX();
//纵坐标的写和读
void setY(int y);
int getY();
private:
//成员变量的声明
int m_x;//横坐标
int m_y;//纵坐标
};
point.cpp文件
#include "point.h"
//点类成员函数的实现
//横坐标的写和读
void Point::setX(int x)//Point::setX表示函数setX是Point类的成员函数
{
m_x = x;
}
int Point::getX()
{
return m_x;
}
//纵坐标的写和读
void Point::setY(int y)
{
m_y = y;
}
int Point::getY()
{
return m_y;
}
circle.h文件
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include "point.h"
//声明圆类
class Circle {
//成员函数的声明
public:
//半径的读写
int getR();
void setR(int r);
//圆心的读写
Point getCenter();
void setCenter(Point p);
//成员变量的声明
private:
int m_r;//半径
Point m_center;//圆心
};
circle.cpp文件
#include "circle.h"
//圆类成员函数的实现
//半径的读写
int Circle::getR()
{
return m_r;
}
void Circle::setR(int r)
{
m_r = r;
}
//圆心的读写
Point Circle::getCenter()
{
return m_center;
}
void Circle::setCenter(Point p)
{
m_center = p;
}
test.cpp文件
#include "point.h"
#include "circle.h"
#include <cmath>
//写一个全局函数判断点和圆的位置关系
void isInCircle(Point p, Circle c)
{
//计算点到圆心的距离的平方
double distance = pow(p.getX() - c.getCenter().getX(), 2) + pow(p.getY() - c.getCenter().getY(), 2);
//比较点到圆心距离的平方和半径的平方
if ( distance < pow(c.getR(), 2) )
{
cout << "点在圆内"<<endl;
}
else if (distance > pow(c.getR(), 2))
{
cout << "点在圆外" << endl;
}
else
{
cout << "点在圆上" << endl;
}
}
int main()
{
//实例化1个点
Point p;
p.setX(10);
p.setY(16);
//实例化1个圆
Circle c;
c.setR(10);//设置半径
//圆心也是一个点,实例化圆心这个点
Point center;
center.setX(10);
center.setY(0);
c.setCenter(center);//设置圆心
//判断点和圆的位置关系
isInCircle(p, c);
return 0;
}
总结:1.在类中可以让另一个类作为本类中的成员。2.最好将不同的类写到不同的文件中,成员函数的声明和实现也写到不同的文件;3. 类名::成员函数名,用来告诉编译器此函数为类中的成员函数
4.2 对象的初始化和清理
- 生活中我们买的电子产品都基本会有出厂设置,在某一天我们不用时候也会删除一些自己信息数据保证安全
- C++中的面向对象来源于生活,每个对象也都会有初始设置以及 对象销毁前的清理数据的设置。
4.2.1 构造函数和析构函数
对象的初始化和清理也是两个非常重要的安全问题
一个对象或者变量没有初始状态,对其使用后果是未知
同样的使用完一个对象或变量,没有及时清理,也会造成一定的安全问题
c++利用了构造函数和析构函数解决上述问题,这两个函数将会被编译器自动调用,完成对象初始化和清理工作。
对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情,因此如果我们不提供构造和析构,编译器会提供
编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。
- 构造函数:主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值,构造函数由编译器自动调用,无须手动调用。
- 析构函数:主要作用在于对象销毁前系统自动调用,执行一些清理工作。
构造函数和析构函数都是成员函数
构造函数语法:类名(){}
- 构造函数,没有返回值也不写void
- 函数名称与类名相同
- 构造函数可以有参数,因此可以发生重载
- 程序在调用对象时候会自动调用构造,无须手动调用,而且只会调用一次
析构函数语法: ~类名(){}
- 析构函数,没有返回值也不写void
- 函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~
- 析构函数不可以有参数,因此不可以发生重载
- 程序在对象销毁前会自动调用析构,无须手动调用,而且只会调用一次
class Person
{
public:
//构造函数
Person()
{
cout << "Person的构造函数调用" << endl;
}
//析构函数
~Person()
{
cout << "Person的析构函数调用" << endl;
}
};
void test01()
{
Person p;//此对象在创建时会自动调用构造函数,销毁前会自动调用析构函数
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.2.2 构造函数的分类及调用方式
两种分类方式:
按参数分为: 有参构造和无参构造(又叫默认构造)
按类型分为: 普通构造和拷贝构造
三种调用方式:
隐式括号法
显示法
隐式转换法
示例:
//1、构造函数分类
// 按照参数分类分为 有参和无参构造 无参又称为默认构造函数
// 按照类型分类分为 普通构造和拷贝构造
class Person {
public:
//无参(默认)构造函数
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
}
//有参构造函数
Person(int a) {
age = a;
cout << "有参构造函数!" << endl;
}
//拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
age = p.age;//将传入的对象的所有属性拷贝
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
}
//析构函数
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
}
public:
int age;
};
//2、构造函数的调用
//2.1调用无参构造函数
void test01() {
Person p; //隐式调用无参构造函数
//注意1:调用无参构造函数不能加括号,如果加了编译器认为这是一个函数声明,例如Person p();
Person p1 = Person();//显式调用无参构造函数
Person();//是一个匿名对象
}
//2.2调用有参构造函数
void test02() {
//2.2.1 隐式调用普通有参构造,括号法,常用
Person p1(10);//p1.age=10
//2.2.2 隐式调用拷贝构造函数
Person p2(p1);//会调用拷贝构造函数,且p2会把p1的所有属性age拷贝,所以p2.age也是10
//2.2.3 显式调用普通有参构造
Person p2 = Person(10); //会调用有参构造
//2.2.4显式调用拷贝构造
Person p3 = Person(p2);//会调用拷贝构造,或者写成Person p3 = p2;
//Person(10)单独写就是匿名对象 当前语句结束,马上析构,销毁
//注意2:不能利用 拷贝构造函数 初始化匿名对象 编译器认为是对象声明,例如Person(p3),会被编译器解析为Person p3,上面已有p3,编译器会报错重定义对象p3
//2.2.5 隐式转换法调用普通有参构造
Person p4 = 10; //被编译器解析为 Person p4 = Person(10); 用于成员变量只有1个的类,有多个成员变量的类无法使用隐式转换法
//2.2.6隐式转换法调用拷贝构造
Person p5 = p4; // 被编译器解析为Person p5 = Person(p4);
}
int main() {
test01();
//test02();
system("pause");
return 0;
}
4.2.3 拷贝构造函数自动调用时机
C++中拷贝构造函数自动调用时机通常有三种情况
-
使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
因为到第3行,ob2和ob1都是旧对象了,ob2在第2行已经调用无参构造初始化过了
-
值传递的方式给函数参数传值(这证明了传值调用,形参是实参的临时拷贝)
-
==以值方式返回局部对象(这证明了函数返回一个对象,如果返回值类型不设计为引用,实际是返回对象的拷贝,如果设计为引用才是返回对象本身)==但是局部对象出作用域就销毁了,出作用域还在操作已经释放了的内存是非法操作,所以不能设计为引用,也就是不能返回局部对象的引用
示例:
class Person {
public:
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
mAge = 0;
}
Person(int age) {
cout << "有参构造函数!" << endl;
mAge = age;
}
Person(const Person& p) {
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
mAge = p.mAge;
}
//析构函数在释放内存之前调用
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
}
public:
int mAge;
};
//1. 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
void test01() {
Person man(100); //p对象已经创建完毕
Person newman(man); //调用拷贝构造函数
Person newman2 = man; //拷贝构造
//Person newman3;
//newman3 = man; //不是调用拷贝构造函数,赋值操作
}
//2. 值传递的方式给函数参数传值
//相当于Person p1 = p;
void doWork(Person p1) {}
void test02() {
Person p; //无参构造函数
doWork(p);//会调用拷贝构造函数
}
//3. 以值方式返回局部对象
Person doWork2()
{
Person p1;//调用默认构造
cout << (int *)&p1 << endl;
return p1;//返回的不是p1本身(因为p1出作用域就释放了),而是调用拷贝构造函数,创建了1个新对象,拷贝了p1的值(所有属性)给这个新对象进行返回,
}
void test03()
{
Person p = doWork2();
cout << (int *)&p << endl;
}
int main() {
//test01();
//test02();
test03();
system("pause");
return 0;
}
4.2.4 构造函数调用规则
默认情况下,c++编译器自动至少给一个类添加3个成员函数
1.默认构造函数(无参,函数体为空)
2.默认析构函数(无参,函数体为空)
3.默认拷贝构造函数,对非静态成员属性进行简单的值拷贝(浅拷贝)
就类似
//编译器提供的默认拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
age = p.age;//将传入的对象的非静态成员属性进行值拷贝(浅拷贝)
}
构造函数调用规则如下:
-
如果用户写了普通构造函数,c++不再提供默认无参构造,但是会提供默认拷贝构造
-
如果用户写了拷贝构造函数,c++不会再提供其他构造函数
因为有上述规则,所以为了防止出错,程序员在设计一个类时最好自己提供无参、有参、拷贝构造函数以及析构函数,实例化1个对象时,编译器只会自动调用无参、有参、拷贝构造中的一个,不会全部调用
示例:
class Person {
public:
//无参(默认)构造函数
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
}
//有参构造函数
Person(int a) {
age = a;
cout << "有参构造函数!" << endl;
}
//拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
age = p.age;//对属性进行值拷贝
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
}
//析构函数
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
}
public:
int age;
};
void test01()
{
Person p1(18);
//如果不写拷贝构造,编译器会自动添加拷贝构造,并且做浅拷贝操作
Person p2(p1);
cout << "p2的年龄为: " << p2.age << endl;
}
void test02()
{
//如果用户提供有参构造,编译器不会提供默认构造,会提供拷贝构造
Person p1; //此时如果用户自己没有提供默认构造,会出错
Person p2(10); //用户提供的有参
Person p3(p2); //此时如果用户没有提供拷贝构造,编译器会提供
//如果用户提供拷贝构造,编译器不会提供其他构造函数
Person p4; //此时如果用户自己没有提供默认构造,会出错
Person p5(10); //此时如果用户自己没有提供有参,会出错
Person p6(p5); //用户自己提供拷贝构造
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.2.5 深拷贝与浅拷贝
深浅拷贝是面试经典问题,也是常见的一个坑
浅拷贝:简单的赋值拷贝操作(编译器提供的默认拷贝构造函数进行的拷贝操作就是浅拷贝)
深拷贝:在堆区重新申请空间,进行拷贝操作
同一类型的对象之间可以赋值,使得两个对象的成员变量的值相同,两个对象仍然是独立的两个对象,这种情况 被称为浅拷贝. 一般情况下,浅拷贝没有任何副作用,但是当类中属性有指针,并且指针指向动态分配的内存空间,并且有对象调用了编译器提供的默认拷贝构造,析构函数做了动态内存释放的处理,就会导致堆内存重复释放的问题
示例:
class Person {
public:
//无参(默认)构造函数
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
}
//有参构造函数
Person(int age ,int height) {
cout << "有参构造函数!" << endl;
m_age = age;
m_height = new int(height);//在堆区开辟一块空间,初始值为height,把此块空间的地址赋值给m_height
}
//自己写一个拷贝构造函数 ,不要用编译器默认的拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
//如果不利用深拷贝在堆区开辟新内存,会导致浅拷贝带来的重复释放堆区问题
m_age = p.m_age;
//m_height = p.m_height//这就是编译器默认提供的拷贝构造函数进行的浅拷贝操作
m_height = new int(*p.m_height);//深拷贝:另外开辟一块堆空间给调用此函数的对象
}
//析构函数
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
if (m_height != NULL)
{
delete m_height;//释放new出来的堆空间
m_height = NULL;
}
}
public:
int m_age;
int* m_height;//身高的指针
};
void test01()
{
Person p1(18, 160);//调用有参构造,在堆区new了一块空间用于存放身高
Person p2(p1);//如果我们没写拷贝构造函数,就会调用编译器默认提供的拷贝构造函数,而编译器提供的拷贝构造函数进行的是简单的赋值拷贝,直接将p1.m_height的值拷贝给p2.m_height,而m_height是指向new出来的堆空间的指针,所以p1.m_height和p2.m_height是指向了同一块堆空间。
//当调用完test01(),栈内(后进先出)会先销毁p2,所以会先由p2调用析构函数,会释放p2.height指向的堆空间。然后会销毁p1,p1在销毁前又会去调用析构函数,释放p1.height指向的堆空间,但由于p1.height和p2.height指向的是同一块堆空间,会重复释放已经释放还给操作系统的堆空间。程序会报错属于非法操作
//所以我们要自己写一个内部进行深拷贝的拷贝构造函数,所谓深拷贝就是另外new一块堆空间给p2.m_height,把p1.m_height指向堆空间内的值拷贝给p2.m_height指向的堆空间,这样p2销毁前和p1销毁前调用析构函数释放的就是不同的2块堆空间了,就解决问题了
cout << "p1的年龄: " << p1.m_age << " 身高: " << *p1.m_height << endl;
cout << "p2的年龄: " << p2.m_age << " 身高: " << *p2.m_height << endl;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结:当成员属性有数组,一般不直接写成数组,而是写成指针的形式,然后动态开辟堆内存,使用此指针维护此内存,那在啥时候开辟合适呢?肯定是在实例化对象时呀,因为在实例化对象时会自动调用构造函数,所以要把动态开辟内存的代码写在构造函数内
动态开辟的堆空间需要程序员手动释放,那么在啥时候释放合适呢?就在析构时释放正好,也就是把释放的代码写到析构函数内部,因为任何一个对象在销毁前都会自动调用析构函数,这才体现了析构函数的作用,但当一个类中无指针成员时(没有指向动态开辟堆区空间的指针),析构函数基本没啥作用
若属性有指向动态开辟的堆空间的指针,一定要自己提供拷贝构造函数(自行给指针动态分配空间,内部实现深拷贝),防止编译器提供的默认拷贝构造函数浅拷贝带来的问题:堆区内存重复释放。
4.2.6 初始化列表
构造函数和其他函数不同,除了有名字,参数列表,函数体之外还有初始化列表
作用:
C++提供了初始化列表语法,用来初始化属性
语法:构造函数():属性1(值1),属性2(值2)... {}
示例:
class Person {
public:
传统方式初始化
//Person(int a, int b, int c) {
// m_A = a;
// m_B = b;
// m_C = c;
//}
//初始化列表方式初始化
Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}
void PrintPerson() {
cout << "mA:" << m_A << endl;
cout << "mB:" << m_B << endl;
cout << "mC:" << m_C << endl;
}
private:
int m_A;
int m_B;
int m_C;
};
int main() {
Person p(1, 2, 3);
p.PrintPerson();
system("pause");
return 0;
}
4.2.7 其他类对象作为本类成员
C++类中的成员可以是另一个类的对象,我们称该成员为 对象成员
例如:
class A {}
class B
{
A a;
}
B类中有对象A作为成员,A为对象成员
那么当创建B对象时,A与B的构造和析构的顺序是谁先谁后?
构造的顺序是 :先调用对象成员的构造,再调用本类构造
析构顺序与构造相反
示例:
class Phone
{
public:
Phone(string pName)//程序员写了有参构造,编译器就不会再提供无参构造
{
m_PhoneName = pName;
cout << "Phone构造" << endl;
}
~Phone()
{
cout << "Phone析构" << endl;
}
private:
string m_PhoneName;
};
class Person
{
public:
//系统默认调用的是对象成员m_Phone的无参构造,但m_Phone没有无参构造
//初始化列表可以指定调用m_Phone有参构造函数
//Phone m_Phone = pName隐式转换法初始化m_Phone
Person(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName)
{
cout << "Person构造" << endl;
}
~Person()
{
cout << "Person析构" << endl;
}
void playGame()
{
cout << m_Name << " 使用" << m_Phone.m_PhoneName << " 牌手机! " << endl;
}
string m_Name;
Phone m_Phone;//对象成员
};
void test01()
{
//当类中成员是其他类对象时,我们称该成员为 对象成员
//构造的顺序是 :先调用对象成员的构造,再调用本类构造
//析构顺序与构造相反
Person p("张三" , "苹果X");
p.playGame();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
应该先有对象成员,才有本类的对象,所以是先初始化对象成员,再初始化本类的对象,再析构本类的对象,最后析构对象成员
初始化列表的作用:1.在本类的对象初始化时,系统会先自动初始化对象成员,系统默认调用的是对象成员的无参构造,初始化列表可以指定调用对象成员的有参构造函数,这样就可以在初始化本类对象时指定对象成员的有参构造来初始化对象成员。2.可以解决成员变量和形参同名的二义性问题,( )内部的会被识别为形参,( )外部的会被识别为成员变量,不用this->成员变量,也能识别
4.2.8 静态成员
静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static,称为静态成员
静态成员分为:
- 静态成员变量
- 所有对象共享同一份数据
- 在编译阶段分配内存(在全局区),也就是在创建对象之前就已经分配空间,利用这一点可以实现单例模式
- ==必须在类内声明,类外初始化(记得加作用域 类名::)==声明时加了static,初始化时可以不写static,
- 静态成员函数
-
所有对象共享同一个函数
-
静态成员函数只能访问静态成员变量(静态成员函数不能操作非静态成员变量的原因:静态成员函数是属于类的,不属于某一对象,而this指针是对象的指针,所以静态成员函数不可能有this指针,又因为没有this指针,所以无法定位到该操作哪个对象的成员,而属于对象的成员又只有非静态成员变量,静态成员变量是属于类的,不需要对象就能访问,也就不需要this指针,所以静态成员函数可以操作静态成员变量)
静态成员函数的意义:类设计中一般会把成员变量全都设计为private权限,再提供public的成员函数接口去访问私有成员变量,所以类外通过类名也无法访问,只能通过public成员函数去访问private成员变量,因为静态成员变量是在编译阶段分配内存,也就是在没有创建对象之前就已经存在,如果通过普通成员函数访问静态成员变量,会存在一个问题:普通成员函数只能通过对象调用,所以在创建对象之前不能通过普通成员函数去访问静态成员变量,为了解决这个问题,就设计出了静态成员函数,可以不依赖对象在类外访问私有静态成员变量,利用这一点可以实现单例模式
-
普通成员变量是对象独享的,只能通过对象访问,不能通过类名::的方式访问
因为静态成员(包括属性和函数)是属于类的,且是所有此类对象共享的,不单独属于某一对象,所以:1.在为对象分配空间中不包括静态成员所占空间。2.可以直接使用类名::进行访问,也可以通过对象.访问
语法:类名::成员
**示例1 :**静态成员变量
class Person
{
public:
static int m_A; //静态成员变量
//静态成员变量特点:
//1 在编译阶段分配内存
//2 类内声明,类外初始化
//3 所有对象共享同一份数据
private:
static int m_B; //静态成员变量也是可以有访问权限的
};
//静态成员变量在类外进行初始化
int Person::m_A = 10;
int Person::m_B = 10;
void test01()
{
//静态成员变量两种访问方式
//1、通过对象访问静态成员变量
Person p1;
p1.m_A = 100;
cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl;
Person p2;
p2.m_A = 200;
cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl; //共享同一份数据,所以结果是200
cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;//结果是200
//2、通过类名,因为所有对象共享同一份数据,所以可以通过类名访问静态成员变量
cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;
//cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; //私有权限在类外访问不到
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
**示例2:**静态成员函数
class Person
{
public:
//静态成员函数特点:
//1 程序共享一个函数
//2 静态成员函数只能访问静态成员变量
static void func()
{
cout << "func调用" << endl;
m_A = 100;//静态成员函数能访问静态成员变量
//m_B = 100; //错误,不可以访问非静态成员变量,因为不含this指针,无法区分到底是哪个对象的m_B
}
static int m_A; //静态成员变量
int m_B; //
private:
//静态成员函数也是有访问权限的
static void func2()
{
cout << "func2调用" << endl;
}
};
int Person::m_A = 10;
void test01()
{
//静态成员函数两种访问方式
//1、通过对象
Person p1;
p1.func();
//2、通过类名,因为是所有对象共享的成员函数,所以可以通过类名访问静态成员函数
Person::func();
//Person::func2(); //私有权限在类外访问不到
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
静态成员的意义之一:利用所有对象共享的特性可用于统计实例化对象的个数
//静态成员用于统计实例化对象个数
#include <iostream>
using namespace std;
class Person
{
//属性
private:
int m_age;//年龄
static int count;//统计对象的个数,静态成员变量,类内声明,类外初始化
//行为
public:
//无参构造
Person()
{
cout << "无参构造" << endl;
count++;//每次创建对象必定自动调用3种构造函数中的1种,所以这样设计用于统计创建对象的个数
}
//有参构造
Person(int age)
{
m_age = age;
cout << "有参构造" << endl;
count++;//每次创建对象必定自动调用3种构造函数中的1种,所以这样设计用于统计创建对象的个数
}
//拷贝构造
Person(const Person& ob)
{
m_age = ob.m_age;
cout << "拷贝构造" << endl;
count++;//每次创建对象必定自动调用3种构造函数中的1种,所以这样设计用于统计创建对象的个数
}
//析构函数
~Person()
{
cout << "析构函数" << endl;
count--;//每次销毁对象必定自动调用析构,所以这样设计用于统计现有对象的个数
}
//设计一个静态成员函数专门用于访问静态成员变量count
static void showCount()
{
cout << "当前对象数:" << count << endl;
}
};
//静态成员变量,类内声明,类外初始化
int Person::count = 0;
int main()
{
//实例化对象person1
Person person1;//会自动调用无参构造
{
//实例化对象person2
Person person2(person1);//会自动调用拷贝构造
//实例化对象person3
Person person3(18);//会自动调用有参构造
Person::showCount();//可以直接用类名调用静态成员函数,当然也可以用对象调用
}
Person::showCount();//可以直接用类名调用静态成员函数
person1.showCount();//,当然也可以用对象调用
return 0;
}
运行结果
静态成员的意义2:实现单例模式
单例模式即只能实例化1个对象的类的模式,单例即唯一对象
是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保 证系统中一个类只有一个实例而且该实例易于外界访问,从而方便对实例个数的控制并节约系统资源。如果希望 在系统中某个类的对象只能存在一个,单例模式是最好的解决方案
单例模式就是利用了静态成员变量在编译阶段就已经存在(分配内存)了、静态成员函数可以不依赖对象在类外直接用类名调用这2点才能实现,想想如果把唯一对象设计为普通成员变量,因为所有构造函数都私有,只能在类内创建本类的对象,但是又涉及到得先有类才能创建该类的对象的顺序问题,静态成员变量编译阶段分配内存的特性完美解决这这个问题,再想想如果设计为普通成员函数访问此唯一对象,必须通过对象访问,但是又没有其他对象可用,就会陷入两难。
步骤1:在单例类内部定义一个本类的私有静态对象(的地址),作为外部共享的唯一实例
步骤2:为防止实例化其他对象,将所有构造函数全部设置为私有
步骤3:提供1个公有的静态方法,让客户可以拿到单例类的唯一对象(的地址)
案例:
用单例模式,模拟公司员工使用打印机场景,打印机可以打印员工要输出的内容,并且可以累积打印机使用次数
#include <iostream>
using namespace std;
//设计一个单例类
class Printer
{
private:
//1.属性中定义1个本类的静态指针变量,用于存放本类的唯一对象的地址
static Printer* pPrinter;//静态成员变量在类内声明,类外初始化
private:
//2.为了防止实例化多个对象,将此类的所有构造函数私有化
Printer()
{
count = 0;//一开始打印次数为0;
}
Printer(const Printer& ob)
{
}
public:
int count;//count用于统计打印次数
//3.提供一个公共接口获取唯一对象的指针
static Printer* getpPrinter()//由于唯一对象的指针是静态的,用静态成员函数操作不用依赖对象(在获取到唯一对象之前,本来就没对象可用,所以这里真就必须用静态成员函数操作)
{
return pPrinter;
}
//4.设置功能函数
void printText(const char* str)
{
cout << "打印" << str << endl;
count++;
}
};
Printer* Printer::pPrinter = new Printer;//静态成员变量在类内声明,类外初始化
int main()
{
//打印任务1
//获取单例(即唯一对象)
Printer* p1 = Printer::getpPrinter();//调用静态成员函数不依赖对象,直接用类名::调用即可
p1->printText("入职报告1");
p1->printText("体检报告1");
p1->printText("离职报告1");
//打印任务2
//获取单例(即唯一对象)
Printer* p2 = Printer::getpPrinter();
p2->printText("入职报告2");
p2->printText("体检报告2");
p2->printText("离职报告2");
cout << "已打印数量: " << p2->count << endl;
return 0;
}
4.3 C++对象模型和this指针
4.3.1 成员变量和成员函数分开存储
在C++中,类内的成员变量和成员函数分开存储
只有非静态成员变量才属于类的对象上,其他的成员都是属于类,也就是所有对象共享一份数据
值得注意的是虽然非静态成员函数也不占对象空间,但却不能通过类名::直接调用,还是必须通过对象调用
class Person {
public:
Person() {
mA = 0;
}
//非静态成员变量占对象空间
int mA;
//静态成员变量不占对象空间
static int mB;
//函数也不占对象空间,所有函数共享一个函数实例
void func() {
cout << "mA:" << this->mA << endl;
}
//静态成员函数也不占对象空间
static void sfunc() {
}
};
//静态成员变量在类外初始化
int Person::m_B = 0;
//创建狗类
class Dog{
//里面啥也不写
};
int main() {
cout << sizeof(Person) << endl;//4byte
Dog d;//此时d为一个空对象,
cout << sizeof(d) << endl;//空对象占用内存是1byte,c++编译器会给每个空对象分配1byte空间,是为了区分多个空对象占内存的位置
system("pause");
return 0;
}
4.3.2 this指针概念
通过4.3.1我们知道在C++中成员变量和成员函数是分开存储的
每一个非静态成员函数只会诞生一份函数实例,也就是说多个同类型的对象会共用一块代码
那么问题是:这一块代码是如何区分是哪个对象调用自己的呢?
c++通过提供特殊的对象指针,this指针,解决上述问题。this指针指向被调用的成员函数所属的对象
也就是哪个对象调用成员函数,this就存的哪个对象的地址
this指针隐含在每一个非静态成员函数内
this指针不需要定义,直接使用即可
this指针的用途:
- 本来成员变量名前会隐含this->,但当形参和成员变量同名时,会产生二义性,索性系统就不隐含this->了,所以我们要手动写上this->来区分,如果不写this->就会根据就近原则,形参给形参自身赋值
- 在类的非静态成员函数中返回对象本身,可使用return *this,有了 *this,就可以做链式调用了
this指针的本质:this指针的本质是一个指针常量 类名* const this = &该类的对象,this指针的指向不可修改
class Person
{
public:
Person(int age)
{
//1、当形参和成员变量同名时,可用this指针来区分
this->age = age;//this指针指向被调用的成员函数所属的对象
}
Person& PersonAddPerson(Person p)//注意返回值类型一定要写成引用,如果只写个Person,调用此函数到return时会调用拷贝构造函数,用p2拷贝一个新的对象进行返回(拷贝构造函数的调用时机1:以值方式返回局部对象)
{
this->age += p.age;
//返回对象本身,当p2调用此函数时,返回值就是p2本身,又可以利用返回值p2来调用此函数,可以无限的追加调用下去,叫链式编程思想
return *this;
}
int age;
};
void test01()
{
Person p1(10);
cout << "p1.age = " << p1.age << endl;
Person p2(10);
p2.PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1);//链式调用
cout << "p2.age = " << p2.age << endl;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.3.3 空指针访问成员函数
C++中空指针也是可以调用成员函数的,因为成员函数是属于类的,不属于任何一个具体的类的对象,而是所有对象共享一份数据,所以没有实例化的对象,也可以调用成员函数
但是也要注意有没有用到this指针,因为非静态成员函数是属于某一对象独有的,非所有对象共享。空指针意味着未实例化对象,所以空指针无法访问非静态成员变量
如果用到this指针,需要加以判断保证代码的健壮性
示例:
//空指针访问成员函数
class Person {
public:
void ShowClassName() {
cout << "我是Person类!" << endl;
}
void ShowPerson() {
if (this == NULL) {
return;
}
cout << mAge;//成员变量前面是隐含了this的,也就是这行代码等价于cout<<this->mAge,如果没有上面的if判断,当p是空指针且调用此函数时,this也就是空指针,空指针无法访问成员变量,程序会崩,因为没有实例化类的对象
}
public:
int mAge;
};
void test01()
{
Person * p = NULL;//未实例化对象,而实例化的是对象的指针,且为空指针
p->ShowClassName(); //空指针,可以调用成员函数
p->ShowPerson(); //但是如果成员函数中用到了this指针,就不可以了
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.3.4 const修饰成员函数以及const修饰对象
常函数:
- 成员函数后加const后我们称这个函数为常函数
- 常函数内不可以修改成员属性,但当成员属性声明时加关键字mutable后,在常函数中又可以修改成员属性了
this指针的本质是一个指针常量Person* const this,指针的指向不可修改
常函数的本质:如果想让this指针指向的对象的成员也不可以修改,需要声明常函数,即在成员函数后加const,本质是将this的权限修改为const Person* const this
常对象:
-
声明对象前加const称该对象为常对象
常对象不能修改成员变量的值,但是可以访问,但当成员变量声明时加关键字mutable后,又可以修改了
-
常对象只能调用常函数,因为编译器认为普通成员函数都存在修改成员变量的可能,常对象就是不能修改其成员变量的对象,所以当常对象调用普通成员函数时,就算函数内部并未修改成员变量,也会报错,只有在成员函数后加上const后编译器才会放心,才不会报错
总结:const就是限制为只读状态,而mutable就是用来破除const的限制的
示例:
class Person {
public:
Person() {
m_A = 0;
m_B = 0;
}
//this隐含在每个非静态成员函数内
//this指针的本质是一个指针常量Person* const this,指针的指向不可修改
//如果想让指针指向的对象的成员也不可修改,需要声明常函数,即在成员函数后加const,本质是将this的权限修改为const Person* const this
void ShowPerson() const {
//const Type* const pointer;
//this = NULL; //不能修改指针的指向 Person* const this;
//this->mA = 100; //但若不是常函数,this指针指向的对象的数据是可以修改的
//const修饰成员函数,表示指针指向的内存空间的数据不能修改,除了mutable修饰的变量
this->m_B = 100;
}
void MyFunc() {
//mA = 10000;
}
public:
int m_A;
mutable int m_B; //可修改 可变的
};
//const修饰对象 常对象
void test01() {
const Person person; //常对象
cout << person.m_A << endl;
//person.mA = 100; //常对象不能修改成员变量的值,但是可以访问
person.m_B = 100; //但是常对象可以修改mutable修饰成员变量
//常对象访问成员函数
person.MyFunc(); //常对象不能调用普通成员函数,因为普通成员函数是可以修改成员变量的,常对象不能修改成员变量,两者权限是冲突的
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.4 友元
生活中你的家有客厅(Public),有你的卧室(Private)
客厅所有来的客人都可以进去,但是你的卧室是私有的,也就是说只有你能进去
但是呢,你也可以允许你的好闺蜜好基友进去。
在程序里,有些私有属性 也想让类外特殊的一些函数或者类进行访问,就需要用到友元的技术
友元的目的就是让一个函数或者类 访问另一个类中私有成员
友元的关键字为 friend
三种友元
- 把全局函数声明为本类的友元
- 把其他类声明为本类的友元
- 把其他类的成员函数声明为本类的友元
friend 关键字只出现在声明处
其他类、其他类的成员函数、全局函数都可声明为本类的友元 ,声明的语句可以写在本类中的任意位置
友元函数不是类的成员,不带 this 指针
友元函数可访问对象任意成员属性,包括私有属性
4.4.1 全局函数做一个类的友元
作用:让此全局函数可以访问一个类中的任意成员属性,包括私有属性
class Building
{
//告诉编译器 goodGay全局函数 是 Building类的好朋友,可以访问类中的私有内容
friend void goodGay(Building * building);
public:
Building()//构造函数
{
this->m_SittingRoom = "客厅";//初始化
this->m_BedRoom = "卧室";//初始化
}
public:
string m_SittingRoom; //客厅
private:
string m_BedRoom; //卧室
};
//全局函数
void goodGay(Building * building)
{
cout << "好基友正在访问: " << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友正在访问: " << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
Building b;
goodGay(&b);
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.4.2 一个类整体做另一个类的友元
作用就是可以让一个类中的所有成员函数都可以访问另一个类的任意成员属性,包括私有属性
class Building;//先声明Building类,goodGay类中会用到Building类的指针,防止报错
class goodGay
{
public:
goodGay();
void visit();
private:
Building *building;
};
class Building
{
//告诉编译器 goodGay类是Building类的好朋友,可以访问到Building类中私有内容
friend class goodGay;
public:
Building();//构造函数的声明
public:
string m_SittingRoom; //客厅
private:
string m_BedRoom;//卧室
};
Building::Building()//构造函数的实现可以写在类外
{
this->m_SittingRoom = "客厅";//初始化
this->m_BedRoom = "卧室";//初始化
}
goodGay::goodGay()//构造函数的实现可以写在类外
{//在堆区创建Building对象
building = new Building;
}
void goodGay::visit()//成员函数的实现可以写在类外
{
cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
goodGay gg;
gg.visit();
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.4.3 一个类的成员函数做另一个类的友元
注意:声明时记得在成员函数前加类的作用域
作用:让一个类的某个成员函数可以访问另一个类的任意成员属性,包括私有属性
class Building;
class goodGay
{
public:
goodGay();
void visit(); //只让visit函数作为Building的好朋友,可以发访问Building中私有内容
void visit2();
private:
Building *building;
};
class Building
{
//告诉编译器 goodGay类中的visit成员函数是Building类的好朋友,可以访问私有内容
friend void goodGay::visit();//记得加作用域goodGay::
public:
Building();
public:
string m_SittingRoom; //客厅
private:
string m_BedRoom;//卧室
};
//成员函数的实现可以写在类外
Building::Building()
{
this->m_SittingRoom = "客厅";
this->m_BedRoom = "卧室";
}
goodGay::goodGay()
{//在堆区创建Building对象,用指针维护此对象
building = new Building;
}
void goodGay::visit()
{
cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;//visit可访问Building的私有内容,因为他是Building的好朋友
}
void goodGay::visit2()
{
cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
//cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;visit2无法访问Building的私有内容,因为他不是Building的好朋友
}
void test01()
{
goodGay gg;
gg.visit();
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.5 运算符重载
对于内置数据类型编译器是知道如何通过运算符进行运算,但对于自定义数据类型编译器是不知道如何利用运算符进行运算的,所以就引入了运算符重载
运算符重载概念:对已有的运算符重新进行定义,赋予其另一种功能,以适应不同的数据类型
对已有的运算符重新进行定义的方法就是自己写个成员函数或者全局函数,函数内部实现你想要运算符帮你实现的操作,且写的运算符重载函数名称必须是operator某个运算符,operator是C++中的一个关键字,例如想实现加号运算符的重载,自己写的重载函数就必须叫operator+,后面调用此函数时才能使用简写,方便用户使用,要不然就得老老实实使用函数名进行调用。
能用成员函数重载就优先用成员函数重载,实在不能用成员函数重载时再考虑用全局函数重载,这才能体现C++的封装特性。
不能重载 C 中当前没有意义的运算符(例如用**求幂),重载不能改变运算符优先级,不能改变运算符的参数个数,不能改变运算符的意义(比如把+重载为-),否则就是在滥用运算符重载
4.5.1 加号运算符重载
作用:实现两个自定义数据类型对象相加的运算
注意必须叫==operator+==这个名字,后面调用时才可以简写
class Person {
public:
Person() {};
Person(int a, int b)
{
this->m_A = a;
this->m_B = b;
}
//成员函数实现 + 号运算符重载,注意必须叫operator+这个名字,后面调用时才可以简化成Person p3=p1+p2
Person operator+(const Person& p) {//返回值类型不能设计为引用,因为不能返回局部对象的引用,因为出作用域就释放了,返回已经释放的内存是属于非法操作(本质是野指针)
Person temp;
temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
return temp;
}
public:
int m_A;
int m_B;
};
//全局函数实现 + 号运算符重载
//Person operator+(const Person& p1, const Person& p2) {
// Person temp(0, 0);
// temp.m_A = p1.m_A + p2.m_A;
// temp.m_B = p1.m_B + p2.m_B;
// return temp;
//}
//运算符重载 可以发生函数重载
Person operator+(const Person& p2, int val)
{
Person temp;
temp.m_A = p2.m_A + val;
temp.m_B = p2.m_B + val;
return temp;
}
void test() {
Person p1(10, 10);
Person p2(20, 20);
//成员函数方式
//调用重载+号的函数简化写为
Person p3 = p2 + p1; //相当于 p2.operaor+(p1)
cout << "mA:" << p3.m_A << " mB:" << p3.m_B << endl;
Person p4 = p3 + 10; //相当于 operator+(p3,10)
cout << "mA:" << p4.m_A << " mB:" << p4.m_B << endl;
}
int main() {
test();
system("pause");
return 0;
}
总结1:对于内置的数据类型的表达式的的运算符是不可能改变的
总结2:不要乱写运算符重载函数的实现
4.5.2 左移运算符重载
operator<<
作用:可以输出自定义数据类型的对象信息
示例:p1是一个自定义类Person的对象,想要实现cout<<p1<<endl直接把p1的所有属性全打印出来,显然现在是不能打印成功的,因为cout<<只能识别基本数据类型的变量的输出格式,无法识别自定义数据类型的对象的输出格式,而想要实现这个效果就要对运算符<<进行重载,自己写个重载函数
class Person {
//全局左移重载函数做友元,就可以访问此类中的私有内容
friend ostream& operator<<(ostream& out, Person& p);
public:
Person(int a, int b)
{
this->m_A = a;
this->m_B = b;
}
//成员函数重载<<实现不了后面调用的简写cout<<p ,只能实现调用的简写p<<cout,不是我们想要的效果
//所以应该用全局函数重载<<
/*ostream& operator<<(ostream& cout){
cout << "m_A:" << this->m_A << "m_B:" << this->m_B;
return cout;
}*/
private:
int m_A;
int m_B;
};
//全局函数实现左移重载,函数名必须是operator<<,后面调用时才能简写
//cout本质是标准输出流类ostream的对象
//要想实现链式调用就必须返回cout,要想返回cout就必须传参时传入cout
//ostream标准输出流对象在只能有一个(我猜想ostream类应该是用静态成员实现的单例类,也就是只能实例化1个对象也就是cout),所以返回值类型和形参都写成引用(给cout起别名)
ostream& operator<<(ostream& out, Person& p) {
out << "m_A:" << p.m_A << "m_B:" << p.m_B;
return out;
}
void test() {
Person p1(10, 20);
cout << p1;//这是调用operator<<函数的简化写法,本质上是operator<<(cout,p1),cout其实是标准输出流类ostream的对象,作为实参传递给形参out,out是引用,所以这里out就是cout的别名,operator<<函数的返回值是out的引用,所以才可以进行下面的链式调用
cout << p1 << endl; //链式编程
}
int main() {
test();
system("pause");
return 0;
}
总结:重载左移运算符配合友元可以实现输出自定义数据类型
4.5.3 递增(减)运算符重载
全局函数和成员函数都可以实现,下面我们用成员函数重载++举例
operator++
作用: 通过重载递增(减)运算符,模拟基本数据类型int,实现自定义数据类型MyInteger对象的++,–
编译器规定:
如果是全局函数重载++,当编译器看到++a(前置++),它就调用全局函数 operator++(a),当编译器看到 a++(后置++),它就会去调用 全局函数operator++(a,int)
如果是成员函数重载++,因为成员函数内隐含this指针,参数a被this替代,所以参数会比全局函数少1个,当编译器看到++a(前置++),它就调用成员函数 operator++( ),当编译器看到 a++(后置++),它就会去调用成员函数operator++(int)
class MyInteger {
friend ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint);
public:
MyInteger() {
m_Num = 0;
}
//重载前置++,返回引用是为了一直为同一个对象进行递增
MyInteger& operator++() {
//先++
m_Num++;
//再返回
return *this;//返回myint的引用,使++(++myint)达到对同一对象myint的多次前置递增
}
//重载后置++,为了区分前后置++,这里要加一个占位参数int,注意后置++返回的是值,不是引用,因为temp是局部对象,出作用域就销毁了,若返回引用就是非法操作
MyInteger operator++(int) {
//先返回
MyInteger temp = *this; //记录当前对象本身的值,然后让本身的值加1,但是返回的是以前的值,达到先返回后++;这句是隐式转换法初始化自定义对象,自动调用默认拷贝构造
m_Num++;
return temp;//不能返回局部对象的引用
}
private:
int m_Num;
};
ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint) {//这里的第二个参数不设计成引用的原因,我想是因为重载后置++的成员函数返回的也不是引用,也就是以值形式返回局部对象,会自动调用拷贝构造,其实返回的是局部对象的拷贝,但这个拷贝没有名字,所以相当于是个匿名对象,匿名对象当前行结束也就销毁了,所以不能以引用的形式传参,只能以值的形式传参,也就是传值调用,会自动调用拷贝构造,形参是实参的临时拷贝,这样就解决了匿名对象销毁的问题,如果这里第二个参数想设计成引用,有2中办法:第1种:在使用重载的后置++时,用1个MyInteger类型对象接收返回的匿名对象,然后再打印接收的对象,这样实参就不是匿名对象了,第2种,把重载后置++的函数中的MyInteger temp前面加static,使得temp存放在全局区,不用担心他销毁,就可以把返回值设计为引用了,引用就不存在匿名对象了。
out << myint.m_Num;
return out;
}
//前置++ 先++ 再返回
void test01() {
MyInteger myInt;
cout << ++myInt << endl;
cout << myInt << endl;
}
//后置++ 先返回 再++
void test02() {
MyInteger myInt;
cout << myInt++ << endl;
cout << myInt << endl;
}
int main() {
test01();
//test02();
system("pause");
return 0;
}
总结: 前置递增返回引用,后置递增返回值
operator–
#include <iostream>
using namespace std;
//模仿内置int类型,实现运算符--的重载
//模仿内置int类型写一个自己的整形类
class myInteger {
//设置重载<<的全局函数operator<<为自定义类型myInteger的好朋友,使得其能访问myInteger类中的私有成员变量
friend ostream& operator<<(ostream& cout, myInteger myint);
public:
myInteger()//构造函数
{
m_num = 0;//初始化
}
//2.再用成员函数进行重载前置--,使--myint能达到前置递减的效果
myInteger& operator--()
{
--m_num;
return *this;//返回myint的引用,使--(--myint)达到对同一对象myint的多次前置递减效果,
//如果不是返回引用,返回时就会调用默认拷贝构造函数,返回的是调用者myint的拷贝,--(--myint)中的外层--就是在对拷贝体进行--
}
//3.最后用成员函数进行重载后置--
myInteger operator--(int)//为了和重载前置--的成员函数进行区分,引入一个占位参数int
{
//因为后置--的效果是先使用(返回)再--,所以要先保存一会儿要返回的对象
myInteger tmp = *this;//引入临时对象进行保存,这句是隐式转换法初始化自定义对象,会调用编译器提供的默认拷贝构造
m_num--;//再进行递减
return tmp;//最后返回递减前的对象的值,这里之所以不返回引用,而返回tmp对象的拷贝的原因是:1.tmp是局部变量,出作用域就销毁,返回局部变量的引用是非法操作
//2.内置类型int也没有连续后置递减的操作我们这里是在模仿内置类型int,所以也没有(myint--)--这种链式调用操作,既然不用链式调用,那就没必要返回引用
}
private:
int m_num;
};
//1.先用全局函数重载<<,使cout<<能打印自定义类型myInteger的对象
ostream& operator<<(ostream& cout,myInteger myint )
{
cout << myint.m_num;
return cout;
}
int main()
{
myInteger myint;
//cout << --(--myint) << endl;
//cout << myint << endl;
cout << myint-- << endl;//本质是operator<<(cout,myint),myint.operator--(int)
cout << myint << endl;
return 0;
}
4.5.4 赋值运算符重载
c++编译器默认自动至少给一个类添加4个函数
- 默认构造函数(无参,函数体为空)
- 默认析构函数(无参,函数体为空)
- 默认拷贝构造函数,对属性进行值拷贝(浅拷贝)
- 默认重载赋值运算符的函数 operator=( ), 对属性进行值拷贝(浅拷贝)
如果类中有属性指向堆区,做赋值操作时也会出现深浅拷贝问题:
若属性中有指向new出来的堆区的指针,因为堆区开辟的内存要由程序员手动进行释放还给操作系统(防止内存泄漏),所以程序员要自己提供一个析构函数,在此析构函数中写释放new的堆区空间的代码。
如果析构前,有对指向堆区的属性进行浅拷贝(简单的赋值:只是把指针的值拷贝了)比如p1和p2是同一个自定义类的对象,此自定义类中成员变量有指向堆区的指针,p1和p2销毁前会调用析构,若在析构前有进行类似p2=p1的操作,且程序员没有提供重载=的函数,就会调用编译器提供的重载=的函数,此函数就是进行的浅拷贝(p1,p2指向堆空间的成员变量就是指向同一块堆空间的指针),当p1和p2调用析构函数时,就会发生重复释放同一块堆空间的情况。
为了防止这种情况的发生,程序员就必须自己写一个进行深拷贝的重载=的函数,所谓深拷贝就是要在堆区另外new一块空间给p2的成员变量
若属性中没有指针成员,那就不用自己写重载=的函数,因为就用编译器默认提供的重载=的operator=函数进行浅拷贝也没有任何风险
总结下来就是当类中有指向堆区的指针成员,就必须做3件事:1.自定义进行深拷贝的拷贝构造函数,2.自定义进行深拷贝的重载operator=函数,3.自定义释放指针成员指向堆区空间的析构函数
示例1:
class Person
{
public:
Person(int age)
{
//将年龄数据开辟到堆区
m_Age = new int(age);
}
//重载赋值运算符
Person& operator=(Person &p)
{//先判断调用此函数的对象是否已有属性指向堆区,如果有的话要先释放,防止内存泄漏,再进行深拷贝
if (m_Age != NULL)
{
delete m_Age;
m_Age = NULL;
}
//编译器提供的代码是浅拷贝
//m_Age = p.m_Age;
//提供深拷贝 解决浅拷贝的问题
m_Age = new int(*p.m_Age);
//返回调用此函数的对象自身,要想实现链式调用就得返回对象本身的引用
return *this;
}
~Person()
{
if (m_Age != NULL)
{
delete m_Age;
m_Age = NULL;
}
}
//年龄的指针
int *m_Age;
};
void test01()
{
Person p1(18);
Person p2(20);
Person p3(30);
p3 = p2 = p1; //赋值操作,链式调用
cout << "p1的年龄为:" << *p1.m_Age << endl;
cout << "p2的年龄为:" << *p2.m_Age << endl;
cout << "p3的年龄为:" << *p3.m_Age << endl;
}
int main() {
test01();
//int a = 10;
//int b = 20;
//int c = 30;
//c = b = a;
//cout << "a = " << a << endl;
//cout << "b = " << b << endl;
//cout << "c = " << c << endl;
system("pause");
return 0;
}
注意区分一下operator=( )的调用时机和隐式转换法初始化对象调用拷贝构造的时机,operator=( )是在进行已有对象赋值时调用,隐式转换法初始化对象调用拷贝构造是在创建对象并利用已有对象给新对象初始化时调用
例如:
Person p1(18);
Person p2 = p1;//调用的是拷贝构造,而不是operator=( )
person p3(22);
p3 = p1;//调用的是operator=( ),而不是拷贝构造
示例2:
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
class Person
{
friend ostream& operator<<(ostream& cout, Person& ob);//把重载<<的全局函数设置为友元,使其能访问Person的私有成员
private:
char* name;
public:
Person()
{
name = NULL;
cout << "Person的无参构造" << endl;
}
Person(const char* name)
{
this->name = new char[strlen(name) + 1];
strcpy(this->name, name);
cout << "Person的有参构造" << endl;
}
//类中有指针成员指向堆区,必须自定义释放堆区内存的析构函数
~Person()
{
if (this->name != NULL)
{
delete[] this->name;
this->name = NULL;
}
cout << "Person的析构" << endl;
}
//类中有指针成员指向堆区,必须自定义深拷贝构造
Person(const Person& ob)
{
//自定义深拷贝构造是在创建对象时调用,此时this->name还没有任何指向,所以不用担心一会儿有指向后内存泄漏的问题
this->name = new char[strlen(ob.name) + 1];
strcpy(this->name, ob.name);
cout << "Person的深拷贝构造" << endl;
}
//类中有指针成员指向堆区,必须自定义深拷贝重载=的函数
Person& operator=(const Person& ob)
{
//自定义重载=的函数是在对已有对象赋值时调用,已有对象如果是通过有参构造创建的,那此时this->name就是有指向的,如果直接换指向,会造成内存泄漏,所以要先释放
if (this->name != NULL)
{
delete[] this->name;
this->name = NULL;
}
this->name = new char[strlen(ob.name) + 1];//深拷贝
strcpy(this->name, ob.name);
return *this;//想要达到链式调用,那就一定要返回对象本身的引用
}
};
//想要cout<<直接输出自定义对象的所有属性,就要重载<<
ostream& operator<<(ostream& cout, Person& ob)
{
cout << ob.name;
return cout; //想要达到链式调用,那就一定要返回cout本身的引用
}
int main()
{
Person ob1("张三");//调用有参构造
Person ob2 = ob1;//调用深拷贝构造
Person ob3, ob4, ob5;//调用无参构造
ob5 = ob4 = ob3 = ob2;//链式调用重载=的operator=函数
cout << ob1 << " " << ob2 << " " << ob3 << " " << ob4 << " " << ob5 << endl;//链式调用重载<<的operator<<函数
return 0;
}
4.5.5 关系运算符重载
**作用:**重载关系运算符,可以让两个自定义类型对象进行对比操作
示例:
operator==和operator!
class Person
{
public:
Person(string name, int age)//构造函数
{
this->m_Name = name;//初始化
this->m_Age = age;//初始化
};
//重载==
bool operator==(Person & p)
{
if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
//重载!=
bool operator!=(Person & p)
{
if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
{
return false;
}
else
{
return true;
}
}
string m_Name;
int m_Age;
};
void test01()
{
//int a = 0;
//int b = 0;
Person a("孙悟空", 18);
Person b("孙悟空", 18);
if (a == b)
{
cout << "a和b相等" << endl;
}
else
{
cout << "a和b不相等" << endl;
}
if (a != b)
{
cout << "a和b不相等" << endl;
}
else
{
cout << "a和b相等" << endl;
}
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.5.6 函数调用运算符重载、仿函数
- 函数调用运算符 () 也可以重载
- 由于重载后使用的方式非常像函数的调用,因此称为仿函数
- 仿函数没有固定写法,非常灵活
operator()
示例:
class MyPrint//写一个自己的打印类
{
public:
void operator()(string text)
{
cout << text << endl;
}
};
void test01()
{
//重载的()操作符 也称为仿函数
MyPrint myFunc;//创建MyPrint类的对象
myFunc.operator()("hello world");//对象调用重载()的成员函数
//简写为:
myFunc("hello world");//由对象使用重载后的()去打印hello world,由于看起来非常像函数调用,所以称为仿函数
}
//写一个自己的加法类
class MyAdd
{
public:
int operator()(int v1, int v2)
{
return v1 + v2;
}
};
void test02()
{
MyAdd add;
int ret = add(10, 10);
cout << "ret = " << ret << endl;
//匿名对象调用,MyAdd()是MyAdd类的匿名对象
cout << "MyAdd()(100,100) = " << MyAdd()(100, 100) << endl;
}
int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
####4.5.7 重载->和解引用运算符*实现智能指针
#include <iostream>
using namespace std;
//设计人类
class Person
{
private:
int age;
public:
Person(int age) :age(age)//构造函数初始化列表
{
cout << "Person的有参构造" << endl;
}
void showPerson()
{
cout << "age = " << age << endl;
}
~Person()
{
cout << "Person的析构" << endl;
}
};
//设计一个智能指针类
class smartPointer
{
private:
Person* pPerson;
public:
smartPointer(Person* pPerson)
{
this->pPerson = pPerson;
}
~smartPointer()
{
if (pPerson != NULL)
{
delete pPerson; //在其析构中写释放person1指向空间的代码
pPerson = NULL;
}
}
//重载->
Person* operator->()
{
return pPerson;//使得smart_pointer->的结果是Person*类型
}
//重载解引用操作符*
Person& operator*()
{
return *pPerson;//使得*(smart_pointer)的结果是Person类型
}
};
int main()
{
//在堆区创建一个Person的对象
//Person* person1 = new Person(18);
// 如果忘记释放就会造成内存泄漏
//需求:不手动写delete person1;出了此作用域也自动释放person1指向的堆区空间
//办法:设计一个智能指针类,利用智能指针局部对象出作用域自动调用析构,在其析构中写释放person1指向堆区空间的代码
smartPointer smart_pointer(new Person(18));
//smart_pointer.pPerson->showPerson();
//为了让smart_pointer看起来更像是Person类的指针,而不像是一个类的对象,也就是可以实现smart_pointer->showPerson()或 (*smart_pointer).showPerson();方便用户使用
//我们可以重载->运算符和解引用运算符*,->和*的操作对象是smart_pointer,所以可以使用smartPointer类的成员函数重载这两个运算符
smart_pointer.operator->()->showPerson();//调用重载->的函数复杂写法
smart_pointer->showPerson();//简化后,达成想要的效果了
smart_pointer.operator*().showPerson();//调用重载解引用操作符*的函数的复杂写法
(*smart_pointer).showPerson();//简化后,达成想要的效果了
}
####4.5.8 不建议重载&&、||
不建议重载 operator&& 和 operator|| 的原因是,函数无法实现内置操作符&&、||的短路特性。内置版本特殊之处在于:内置版本的&&和||首先计算左边的表达式,如果这完全能够决定结果,就不会去计算右边的表达式了。我们都已经习惯这种方便的特性了。 操作符重载其实是另一种形式的函数调用而已,对于函数调用,如果参数中有表达式,总是在函数执行之前对所有参数(表达式)进行求值。就改变了&&、||应有的运算顺序。
示例:
#include <iostream>
using namespace std;
class Complex
{
public:
Complex(int flag)
{
this->flag = flag;
}
Complex& operator+=(Complex& complex) //重载+=
{
this->flag = this->flag + complex.flag;
return *this;
}
bool operator&&(Complex& complex) //重载&&
{
return this->flag && complex.flag;
}
public:
int flag;
};
int main()
{
Complex complex1(0); //flag 0
Complex complex2(1); //flag 1
//理想的情况,应该从左往右运算,左边为假,则退出运算,结果为假
//这边却是,先运算(complex1+complex2),导致,complex1 的 flag 变为 complex1+complex2的值, complex1.flag = 1
// 1 && 1
//complex1.operator&&(complex1.operator+=(complex2))
if (complex1 && (complex1 += complex2)) {
//complex1.operator+=(complex2)
cout << "真!" << endl;
}
else {
cout << "假!" << endl;
}
return 0;
}
4.6 继承
继承是面向对象三大特性之一
有些类与类之间存在特殊的关系,例如下图中:
我们发现,定义这些类时,下级别的成员除了拥有上一级的共性,还有自己的特性。
这个时候我们就可以考虑利用继承的技术,减少重复代码
4.6.1 继承的基本语法
例如我们看到很多网站中,都有公共的头部,公共的底部,甚至公共的左侧列表,只有中心内容不同
接下来我们分别利用普通写法和继承的写法来实现网页中的内容,看一下继承存在的意义以及好处
**普通实现:**有大量的重复代码
//Java页面
class Java
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "JAVA学科视频" << endl;
}
};
//Python页面
class Python
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
//C++页面
class CPP
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};
void test01()
{
//Java页面
cout << "Java下载视频页面如下: " << endl;
Java ja;
ja.header();
ja.footer();
ja.left();
ja.content();
cout << "--------------------" << endl;
//Python页面
cout << "Python下载视频页面如下: " << endl;
Python py;
py.header();
py.footer();
py.left();
py.content();
cout << "--------------------" << endl;
//C++页面
cout << "C++下载视频页面如下: " << endl;
CPP cp;
cp.header();
cp.footer();
cp.left();
cp.content();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
继承实现:
//公共页面
class BasePage
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
};
//Java页面
class Java : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "JAVA学科视频" << endl;
}
};
//Python页面
class Python : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
//C++页面
class CPP : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};
void test01()
{
//Java页面
cout << "Java下载视频页面如下: " << endl;
Java ja;
ja.header();
ja.footer();
ja.left();
ja.content();
cout << "--------------------" << endl;
//Python页面
cout << "Python下载视频页面如下: " << endl;
Python py;
py.header();
py.footer();
py.left();
py.content();
cout << "--------------------" << endl;
//C++页面
cout << "C++下载视频页面如下: " << endl;
CPP cp;
cp.header();
cp.footer();
cp.left();
cp.content();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结:
继承的好处:可以减少重复的代码
class A : public B;
A 类称为子类 或 派生类
B 类称为父类 或 基类
public为继承方式
派生类中的成员,包含两大部分:
一类是从基类继承过来的,一类是自己增加的成员。
从基类继承过过来的表现其共性,而新增的成员体现了其个性。
4.6.2 继承方式
继承的语法:class 子类 : 继承方式 父类
继承方式一共有三种:
- 公共继承
- 保护继承
- 私有继承
无论是哪种继承方式,子类继承父类,子类都会拥有父类中全部成员变量和成员方法(除了构造和析构之外的成员方法),但是在子类中,继承的成员并不一定能直接访问,不同的继承方式会导致不同的访问权限。
也就是不管是什么继承方式,子类把父类中的公有数据、保护数据、私有数据都继承了,只是父类的私有数据在子类中不可直接访问罢了(也许可以通过父类的公有接口访问)
子类无法继承父类的构造和析构函数的原因是:父类构造和析构是系统自动调用,子类不知道何时调用
示例:
class Base1
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};
//公共继承
class Son1 :public Base1
{
public:
void func()
{
m_A; //在子类中可访问父类的public成员,父类中public权限成员到子类中依然是public权限
m_B; //在子类中可访问父类的protected成员,父类中protected权限成员到子类中依然是protected权限
//m_C; //父类中私有权限成员,在子类中权限比private还严格,类内都不可访问
}
};
void test01()
{
Son1 s1;
s1.m_A; //在Son1类外只能访问到公共权限内容
//s1.m_B在Son1类外不可访问保护权限内容
}
//保护继承
class Base2
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};
class Son2:protected Base2
{
public:
void func()
{
m_A; //在子类中可访问父类的public成员,父类中的public权限成员到了子类中变为protected权限,权限由于继承方式收缩成保护权限了
m_B; //在子类中可访问父类的protected成员,父类中protected权限成员到了子类中依然是保护权限
//m_C; //父类中的私有成员在子类中不可访问
}
};
void test02()
{
Son2 s;
//s.m_A; //在Son2类中m_A权限收缩成了protected,所以在Son2类外不可访问
}
//私有继承
class Base3
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};
class Son3:private Base3
{
public:
void func()
{
m_A; //在子类中可访问父类的公共成员,父类中的公共成员到了子类,由于继承方式是私有,所以权限也收缩为private
m_B; //在子类中可访问父类的保护成员,父类中的保护成员到了子类,由于继承方式是私有,所以权限也收缩为private
//m_C; //在子类中不可访问父类中的私有成员
}
};
class GrandSon3 :public Son3
{
public:
void func()
{
//Son3是私有继承,所以继承Son3的属性在GrandSon3中都无法访问到
//m_A;
//m_B;
//m_C;
}
};
公有继承总结:
父类中的私有数据在子类中直接不可见(比private权限还紧),其他权限的数据保持原样
保护继承总结:
私有继承总结:
总结:
4.6.3 继承中的对象模型
**问题:**从父类继承过来的成员,哪些属于子类对象中?
示例:
class Base
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C; //私有成员只是被隐藏了,但是还是会继承下去
};
//公共继承
class Son :public Base
{
public:
int m_D;
};
void test01()
{
cout << "sizeof Son = " << sizeof(Son) << endl;//答案是16byte,因为父类中所有非静态成员属性都会被子类继承,父类中的私有成员属性是被编译器隐藏了,因此在子类中也无法访问,但确实是被继承了的
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
利用工具查看对象模型:
打开工具窗口后,定位到当前CPP文件的盘符
然后输入: cl /d1 reportSingleClassLayout查看的类名 所属文件名
效果如下图:
结论: 父类中私有成员也是被子类继承下去了,只是由编译器给隐藏后访问不到
4.6.4 继承中构造和析构顺序
子类继承父类后,当创建子类对象,也会调用父类的构造函数。因为子类继承不了父类的构造和析构函数
问题:父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后?
子类对象要想创建成功,就要先创建父类对象(由编译器自动创建父类对象,无需程序员手动创建),所以会先调用父类的构造函数==(默认调用的是父类的无参构造==),再调用子类的构造函数。
当程序员写了父类的有参构造,没写父类的无参构造,编译器也不会再提供无参构造,那就相当于父类没有无参构造,而我们在创建子类对象时,默认先调用的是父类的无参构造,这时就会出错,所以必须在子类中加一个带初始化列表的构造函数,用来显式调用父类的有参构造
子类对象创建成功后,出作用域会先销毁子类对象,再销毁父类对象(因为栈区是后进先出),所以会先调用子类的析构函数再调用父类的析构函数
示例:
class Base
{
private:
int a;
int b;
public:
Base()
{
cout << "Base无参构造函数!" << endl;
}
Base(int a,int b)
{
this->a = a;
this->b = b;
cout << "Base有参构造函数!" << endl;
}
~Base()
{
cout << "Base析构函数!" << endl;
}
};
class Son : public Base
{
private:
int c;
public:
Son()
{
cout << "Son无参构造函数!" << endl;
}
Son(int c)
{
this->c = c;
cout << "Son有参构造函数int!" << endl;
}
Son(int a, int b, int c):Base(a,b),c(c)//初始化列表用于显式调用父类的有参构造,注意初始化列表括号前是父类名,这里不是匿名对象
{
//this->c = c;//或者写了这行,那初始化列表中就不写c(c)
cout << "Son有参构造函数int,int,int!" << endl;
}
~Son()
{
cout << "Son析构函数!" << endl;
}
};
void test01()
{
//继承中 先调用父类构造函数,再调用子类构造函数,析构顺序与构造相反
Son s;//创建子类对象时,编译器会自动先创建父类对象
}//出作用域先销毁子类对象,再销毁隐藏的父类对象(栈内后进先出)
void test02()
{
Son s(6);//先默认调用父类的无参构造,再调用子类的有参构造
Son s1(8,7,6);//初始化列表显式调用父类的有参构造,再调用子类的有参构造
}
int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结:继承中 先调用父类构造函数,再调用子类构造函数,析构顺序与构造相反
当子类或父类中有对象成员(即其他类的对象作为子类或父类的成员),创建子类对象时构造和析构顺序如下图
4.6.5 继承同名成员处理方式
问题:当子类与父类出现同名的成员,如何通过子类对象,访问到子类或父类中同名的数据呢?
-
通过子类对象访问子类同名成员 直接访问即可
-
通过子类对象访问父类同名成员 需要加父类作用域
语法:Son s.Father::父类同名成员
**示例:**为了好演示效果,我们把父类的成员属性设置为公有权限。
当父类的成员属性是私有权限,而父类的私有属性在子类中是不可直接访问的,但子类对象可以通过父类的公有成员函数间接操作父类的私有属性,前提是父类中必须要有操作父类私有属性的公有接口
class Base {
public:
Base()
{
m_A = 100;
}
void func()
{
cout << "Base - func()调用" << endl;
}
//func函数的重载
void func(int a)
{
cout << "Base - func(int a)调用" << endl;
}
public:
int m_A;
};
class Son : public Base {
public:
Son()
{
m_A = 200;
}
//当子类与父类拥有同名的成员函数,子类会隐藏父类中所有版本的同名成员函数(包括重载版本)
//如果想访问父类中被隐藏的同名成员函数,需要加父类的作用域
void func()
{
cout << "Son - func()调用" << endl;
}
public:
int m_A;
};
void test01()
{
Son s;//创建子类对象时,编译器会自动先调用父类无参构造
cout << "Son下的m_A = " << s.m_A << endl;//直接访问,访问的是子类的同名成员
cout << "Base下的m_A = " << s.Base::m_A << endl;//加了父类的作用域访问的就是父类的同名成员
s.func();
s.Base::func();
s.Base::func(10);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return EXIT_SUCCESS;
}
总结:
- 子类对象可以直接访问到子类中同名成员
- 子类对象加作用域可以访问到父类同名成员
- 当子类与父类拥有同名的成员函数,子类会隐藏父类中同名成员函数,加作用域可以访问到父类中同名函数
4.6.6 继承同名静态成员处理方式
问题:如何通过子类对象上访问父类中同名的静态成员?
静态成员和非静态成员出现同名,处理方式一致
-
通过子类对象访问子类同名成员 直接访问即可
-
通过子类对象访问父类同名成员 需要加父类作用域
但是:
因为静态成员本来就是属于类的,且是所有对象共享的,不单独属于某一对象,所以可以直接使用类名进行访问
示例:
class Base {
public:
static void func()
{
cout << "Base - static void func()" << endl;
}
static void func(int a)//func函数的重载版本
{
cout << "Base - static void func(int a)" << endl;
}
static int m_A;//父类的同名静态成员变量
};
int Base::m_A = 100;//静态成员变量在类外初始化
//子类
class Son : public Base {
public:
static void func()
{
cout << "Son - static void func()" << endl;
}
static int m_A;//子类的同名静态变量
};
int Son::m_A = 200;//静态成员变量在类外初始化
//同名成员属性
void test01()
{
//通过对象访问
cout << "通过对象访问: " << endl;
Son s;
cout << "Son 下 m_A = " << s.m_A << endl;
cout << "Base 下 m_A = " << s.Base::m_A << endl;
//通过类名访问
cout << "通过类名访问: " << endl;
cout << "Son 下 m_A = " << Son::m_A << endl;
//第一个::代表通过子类类名的方式访问,第二个::代表访问父类作用域下的成员
cout << "Base 下 m_A = " << Son::Base::m_A << endl;
}
//同名成员函数
void test02()
{
//通过对象访问
cout << "通过对象访问: " << endl;
Son s;
s.func();
s.Base::func();
cout << "通过类名访问: " << endl;
Son::func();
//第一个::代表通过子类类名的方式访问,第二个::代表访问父类作用域下的成员
Son::Base::func();
//出现同名,子类会隐藏掉父类中所有同名成员函数(包括重载版本),需要加父类作用域访问
Son::Base::func(100);
}
int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结:同名静态成员处理方式和非静态处理方式一样,只不过有两种访问的方式(通过对象 和 通过类名)
4.6.7 多继承语法
C++允许一个类继承多个类
语法: class 子类 :继承方式1 父类1 , 继承方式2 父类2...
多继承可能会引发父类中有同名成员出现,需要加作用域区分
C++实际开发中不建议用多继承
示例:
class Base1 {
public:
Base1()
{
m_A = 100;
}
public:
int m_A;
};
class Base2 {
public:
Base2()
{
m_A = 200; //开始是m_B 不会出问题,但是改为mA就会出现不明确
}
public:
int m_A;
};
//语法:class 子类:继承方式 父类1 ,继承方式 父类2
class Son : public Base2, public Base1
{
public:
Son()
{
m_C = 300;
m_D = 400;
}
public:
int m_C;
int m_D;
};
//多继承容易产生成员同名的情况
//通过使用类名作用域可以区分调用哪一个基类的成员
void test01()
{
Son s;
cout << "sizeof Son = " << sizeof(s) << endl;//16byte
cout << s.Base1::m_A << endl;//加作用域区分
cout << s.Base2::m_A << endl;//加作用域区分
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结: 多继承中如果父类中出现了同名情况,子类使用时候要加作用域
4.6.8 菱形继承
菱形继承概念:
两个派生类继承同一个基类
又有某个类同时继承这两个派生类
这种继承被称为菱形继承,或者钻石继承
典型的菱形继承案例:
菱形继承问题:
-
羊继承了动物的数据,驼同样继承了动物的数据,当草泥马使用数据时,就会产生二义性。
-
草泥马继承自动物的数据继承了两份,其实我们应该清楚,这份数据我们只需要一份就可以。
示例:
class Animal
{
public:
int m_Age;
};
//继承方式前加virtual关键字后,变为虚继承
//此时公共的父类Animal相对于Sheep类和Tuo类来说就是虚基类
class Sheep : virtual public Animal {};
class Tuo : virtual public Animal {};
class SheepTuo : public Sheep, public Tuo {};
void test01()
{
SheepTuo st;
//如果未加virtual关键字,当出现菱形继承,2个父类会出现同名成员,需要加作用域以区分
st.Sheep::m_Age = 100;
st.Tuo::m_Age = 200;
//那么问题来了,羊驼对象st到底是100岁还是200岁,对于m_Age这份数据,只需要一份就行,但菱形继承导致有2份,造成了资源浪费,要解决此问题就要在继承animal类时在继承方式前加virtual关键字,此时m_Age就只有1份数据了
cout << "st.Sheep::m_Age = " << st.Sheep::m_Age << endl;//打印结果是200,因为加了virtual关键字
cout << "st.Tuo::m_Age = " << st.Tuo::m_Age << endl;//打印结果是200
//加了virtual关键字后,不会出现二义性,所以不需要加作用域了
cout << "st.m_Age = " << st.m_Age << endl;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结:
- 菱形继承带来的主要问题是子类继承两份相同的数据,产生的二义性可用加作用域的方式解决,但是导致的资源浪费通过加作用域的方式无法解决。
- 利用虚继承可以解决菱形继承问题
虚继承只能解决具备公共祖先的多继承所带来的二义性问题,不能解决没有公共祖先的多继承的二义性问题.
未加virtual关键字的情况,查看羊驼类的对象模型,类似结构体,类也存在内存对齐
可以看到继承了2份m_Age
加了virtual关键字后羊驼类的对象模型,类似结构体,类也存在内存对齐
虚基类表保存了当前的虚基类指针相对于虚基类的首地址的偏移量。
继承给人的感觉就是拷贝了父类的数据,其实可以想到,想让继承的m_Age只有1份,肯定要继承指针才行,这和形参设计成指针和返回值设计成引用是一个思路
4.7 多态
4.7.1 多态的基本概念
多态是C++面向对象三大特性之一
多态分为两类
- 静态多态: 函数重载 和 运算符重载属于静态多态,复用函数名
- 动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态
静态多态和动态多态区别:
- 静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址
- 动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址
下面通过案例进行讲解多态
class Animal
{
public:
//Speak函数就是虚函数
//函数前面加上virtual关键字,变成虚函数,那么编译器在编译的时候就不能早早确定是调用哪个speak函数了。
virtual void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
class Cat :public Animal
{
public:
void speak()//子类重写了父类的虚函数speak,这里void前面virtual可加可不加,不影响,只要父类的speak函数前面加了就行
{
cout << "小猫在说话" << endl;
}
};
class Dog :public Animal
{
public:
void speak()//子类重写了父类的虚函数speak,void前面virtual可加可不加,不影响,只要父类的speak函数前面加了就行
{
cout << "小狗在说话" << endl;
}
};
//我们希望传入什么对象,那么就调用什么对象的函数
//如果函数地址在编译阶段就能确定(地址早绑定),那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定(地址晚绑定),就是动态联编
void DoSpeak(Animal & animal)//C++中不强制类型转换,父类的引用也可以接收子类对象
{
animal.speak();
}
//
//动态多态满足条件:
//1、有继承关系
//2、子类重写父类中的虚函数
//动态多态使用:
//父类指针或引用指向子类对象
void test01()
{
Cat cat;
DoSpeak(cat);//若父类的speak函数前不加virtual,那就是地址早绑定,编译器早在编译阶段就确定要调用的是父类中的speak函数了,即使实参传入的是子类的对象,也会调用父类的speak函数。若父类的speak函数加上virtual,那就属于地址晚绑定,在运行阶段根据传入的是哪个类的对象才能确定要调用的是哪个类中的speak函数,加上virtual后就称为动态多态
//也就是如果animal类中的speak函数前若不加virtual,那就会调用animal类的speak函数,打印出"动物在说话",若加了virtual关键字,那就会调用Cat类的speak函数,打印出“小猫在说话”
Dog dog;
DoSpeak(dog);
}//也就是如果animal类中的speak函数前若不加virtual,那就会调用animal类的speak函数,打印出"动物在说话",若加了virtual关键字,那就会调用Dog类的speak函数,打印出“小狗在说话”
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结:
多态满足条件
- 有继承关系
- 子类重写父类中的虚函数(函数重写:多个函数的返回值类型、函数名、参数列表完全一样)
多态使用条件
- 父类指针或引用指向子类对象
重写:函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写
动态多态的内部剖析
4.7.2 多态案例一-计算器类
案例描述:
分别利用普通写法和多态技术,设计实现两个操作数进行运算的计算器类
多态的优点:
- 代码组织结构清晰
- 可读性强
- 利于前期和后期的扩展以及维护
示例:
//普通实现
class Calculator {
public:
int getResult(string oper)
{
if (oper == "+") {
return m_Num1 + m_Num2;
}
else if (oper == "-") {
return m_Num1 - m_Num2;
}
else if (oper == "*") {
return m_Num1 * m_Num2;
}
//如果要提供新的运算,需要修改源码
}
public:
int m_Num1;
int m_Num2;
};
void test01()
{
//普通实现测试
Calculator c;
c.m_Num1 = 10;
c.m_Num2 = 10;
cout << c.m_Num1 << " + " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("+") << endl;
cout << c.m_Num1 << " - " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("-") << endl;
cout << c.m_Num1 << " * " << c.m_Num2 << " = " << c.getResult("*") << endl;
}
//多态实现
//抽象计算器类
//多态优点:代码组织结构清晰,可读性强,利于前期和后期的扩展以及维护
class AbstractCalculator
{
public :
//父类的虚函数
virtual int getResult()
{
return 0;
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
//加法计算器
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()//重写父类的虚函数
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};
//减法计算器
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()//重写父类的虚函数
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
};
//乘法计算器
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()//重写父类的虚函数
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
};
void test02()
{
//创建加法计算器
AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;//父类指针指向子类对象
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
//父类指针调用了子类重写的虚函数,根据父类指针指向子类对象所属类的不同,会调用不同子类重写的虚函数,这就叫多态
cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc; //用完了记得销毁
//创建减法计算器
abc = new SubCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc;
//创建乘法计算器
abc = new MulCalculator;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
delete abc;
}
int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结:C++开发提倡利用多态设计程序架构,因为多态优点很多
4.7.3 纯虚函数和抽象类
在多态中,通常父类中虚函数的实现是毫无意义的,因为主要都是调用子类重写的内容
因此可以将虚函数改为纯虚函数,意义在于强制子类必须重写父类的虚函数,否则子类也无法实例化对象
纯虚函数语法:virtual 返回值类型 函数名 (参数列表)= 0 ;
当类中有了纯虚函数,这个类也称为抽象类
抽象类特点:
- 无法实例化对象
- 子类必须重写抽象类中的纯虚函数,否则这个子类也属于抽象类,也无法实例化对象
示例:
class Base
{
public:
//纯虚函数
//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
//抽象类无法实例化对象
//子类必须重写父类中的纯虚函数,否则也属于抽象类
virtual void func() = 0;
};
class Son :public Base
{
public:
virtual void func() //子类中重写父类的纯虚函数
{
cout << "func调用" << endl;
};
};
void test01()
{
Base * base = NULL;
//base = new Base; // 错误,抽象类无法实例化对象
base = new Son;//父类指针指向子类对象
base->func();//父类指针调用子类重写的虚函数
delete base;//记得销毁
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.7.4 多态案例二-制作饮品
案例描述:
制作饮品的大致流程为:煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入辅料
利用多态技术实现本案例,提供抽象制作饮品基类,提供子类制作咖啡和茶叶
示例:
//抽象制作饮品
class AbstractDrinking {
public:
//烧水
virtual void Boil() = 0;
//冲泡
virtual void Brew() = 0;
//倒入杯中
virtual void PourInCup() = 0;
//加入辅料
virtual void PutSomething() = 0;
//规定流程
void MakeDrink() {
Boil();
Brew();
PourInCup();
PutSomething();
}
};
//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking {
public:
//烧水
virtual void Boil() {
cout << "煮农夫山泉!" << endl;
}
//冲泡
virtual void Brew() {
cout << "冲泡咖啡!" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void PourInCup() {
cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
}
//加入辅料
virtual void PutSomething() {
cout << "加入牛奶!" << endl;
}
};
//制作茶水
class Tea : public AbstractDrinking {
public:
//烧水
virtual void Boil() {
cout << "煮自来水!" << endl;
}
//冲泡
virtual void Brew() {
cout << "冲泡茶叶!" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void PourInCup() {
cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
}
//加入辅料
virtual void PutSomething() {
cout << "加入枸杞!" << endl;
}
};
//业务函数
void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
drink->MakeDrink();
delete drink;//记得释放new的堆空间
}
void test01() {
DoWork(new Coffee);//制作咖啡
cout << "--------------" << endl;
DoWork(new Tea);//制作茶水
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.7.5 虚析构和纯虚析构
多态使用时,如果子类中有属性开辟到堆区,那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码会造成内存泄漏
解决方式:将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构
虚析构和纯虚析构共性:
- 可以解决父类指针释放子类对象释放不干净的问题:只是把子类new的对象空间释放了,但是没有释放子类对象的属性new出来的堆空间
- 都需要有具体的函数实现
虚析构和纯虚析构区别:
- 如果是纯虚析构,则该类属于抽象类,无法实例化对象
虚析构语法:
virtual ~类名(){}
父类中实现
纯虚析构语法:
virtual ~类名() = 0;
类外实现
类名::~类名(){}
示例:
class Animal {
public:
Animal()
{
cout << "Animal 构造函数调用!" << endl;
}
virtual void Speak() = 0;
//析构函数加上virtual关键字,变成虚析构函数
//virtual ~Animal()
//{
// cout << "Animal虚析构函数调用!" << endl;
//}
//纯虚析构函数
virtual ~Animal() = 0;
};
//纯虚析构函数也属于纯虚函数,必须要有重写实现,普通的纯虚函数是在子类中重写实现,而纯虚析构函数在子类中是无法重写的,所以在类外进行重写实现,且父类的属性也有可能在堆区开辟,只是此案例中没有罢了
Animal::~Animal()
{
cout << "Animal 纯虚析构函数调用!" << endl;
}
//和包含普通纯虚函数的类一样,包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。
class Cat : public Animal {
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat构造函数调用!" << endl;
m_Name = new string(name);//子类中的属性在堆区开辟
}
virtual void Speak()
{
cout << *m_Name << "小猫在说话!" << endl;
}
~Cat()
{
cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
if (this->m_Name != NULL) {
delete m_Name;
m_Name = NULL;
}
}
//属性
public:
string *m_Name;
};
void test01()
{
Animal *animal = new Cat("Tom");
animal->Speak();
//通过父类指针去释放,会导致子类对象可能清理不干净,造成内存泄漏
delete animal;//此行代码会自动调用父类的析构函数,但不会调用子类的析构函数,因为编译器会认为这是在销毁父类的对象,虽然父类是抽象类,根本不可能有对象,但毕竟这是父类的指针,编译器不会认为是在销毁子类对象,所以不会调用子类的析构(析构函数是在销毁对象时自动调用)。
//官方解释:非虚函数,都是静态绑定,绑定对象的静态类型,而对象的静态类型是指声明对象时使用的类型,在编译时确定,我们的普通析构函数也是非虚函数,所以是静态绑定,所以执行的是animal的析构函数。
} //怎么解决?给基类增加一个虚析构函数或纯虚析构函数
//加了虚析构函数或纯虚析构后,就会先调用子类的析构,再调用父类的析构,为啥呢?
//官方解释:虚构函数,是动态绑定,虚析构或纯虚析构的特性也整是基于动态绑定而产生的,我们将析构函数虚构,执行动态绑定,绑定对象的动态类型,而对象的动态类型是指针当前所指的对象的类型,在运行时确定,而运行时指针指向的对象是cat类的,所以以执行了cat的析构函数
//父类纯虚析构为必须会执行:由于满足多态条件,跳过父类析构直接执行子类析构,然后子类析构调用父类析构,注意是子类析构回调父类析构函数!
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
析构函数写成虚函数后释放子类的空间时,子类的析构函数执行后还会执行父类的析构函数,避免了内存泄漏,父类析构函数不是虚析构时,如果释放父类指针(指向子类的父类指针),只会调用父类的析构函数。
总结:
1. 虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象
2. 如果子类中没有属性开辟在堆区,可以不写为虚析构或纯虚析构
3. 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类
4.7.6 多态案例三-电脑组装
案例描述:
电脑主要组成部件为 CPU(用于计算),显卡(用于显示),内存条(用于存储)
将每个零件封装出抽象基类,并且提供不同的厂商生产不同的零件,例如Intel厂商和Lenovo厂商
创建电脑类提供让电脑工作的函数,并且调用每个零件工作的接口
测试时组装三台不同的电脑进行工作
示例:
#include<iostream>
using namespace std;
//抽象CPU类
class CPU
{
public:
//抽象的计算函数
virtual void calculate() = 0;
};
//抽象显卡类
class VideoCard
{
public:
//抽象的显示函数
virtual void display() = 0;
};
//抽象内存条类
class Memory
{
public:
//抽象的存储函数
virtual void storage() = 0;
};
//电脑类
class Computer
{
public:
Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem)
{
m_cpu = cpu;
m_vc = vc;
m_mem = mem;
}
//提供工作的函数
void work()
{
//让零件工作起来,调用接口
m_cpu->calculate();
m_vc->display();
m_mem->storage();
}
//提供析构函数 释放3个电脑零件
~Computer()
{
//释放CPU零件
if (m_cpu != NULL)
{
delete m_cpu;
m_cpu = NULL;
}
//释放显卡零件
if (m_vc != NULL)
{
delete m_vc;
m_vc = NULL;
}
//释放内存条零件
if (m_mem != NULL)
{
delete m_mem;
m_mem = NULL;
}
}
private:
CPU * m_cpu; //CPU的零件指针
VideoCard * m_vc; //显卡零件指针
Memory * m_mem; //内存条零件指针
};
//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Intel的CPU开始计算了!" << endl;
}
};
class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Intel的显卡开始显示了!" << endl;
}
};
class IntelMemory :public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Intel的内存条开始存储了!" << endl;
}
};
//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Lenovo的CPU开始计算了!" << endl;
}
};
class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Lenovo的显卡开始显示了!" << endl;
}
};
class LenovoMemory :public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Lenovo的内存条开始存储了!" << endl;
}
};
void test01()
{
//第一台电脑零件
CPU * intelCpu = new IntelCPU;
VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
Memory * intelMem = new IntelMemory;
cout << "第一台电脑开始工作:" << endl;
//创建第一台电脑
Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
computer1->work();
delete computer1;
cout << "-----------------------" << endl;
cout << "第二台电脑开始工作:" << endl;
//第二台电脑组装
Computer * computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);;
computer2->work();
delete computer2;
cout << "-----------------------" << endl;
cout << "第三台电脑开始工作:" << endl;
//第三台电脑组装
Computer * computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);;
computer3->work();
delete computer3;
}
5 文件操作
程序运行时产生的数据都属于临时数据,程序一旦运行结束都会被释放
通过文件可以将数据持久化
C++中对文件操作需要包含头文件 < fstream >
文件类型分为两种:
- 文本文件 - 文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中
- 二进制文件 - 文件以文本的二进制形式存储在计算机中,用户一般不能直接读懂它们
操作文件的三大类:
- 文件输出流类ofstream:写操作
- 文件输入流类ifstream: 读操作,
- 文件流类fstream : 读写操作
5.1文本文件
5.1.1写文件
写文件步骤如下:
-
包含头文件
#include <fstream>
-
创建文件输出流对象
ofstream ofs;
-
打开文件
ofs.open(“文件路径”,打开方式);
-
写数据
ofs << “写入的数据”;
-
关闭文件
ofs.close();
文件打开方式:
打开方式 | 解释 |
---|---|
ios::in | 为读文件而打开文件(如果文件不存在,会发生错误,所以一般要配合is_open函数一起使用) |
ios::out | 为写文件而打开文件(如果文件不存在,会自动创建一个新文件在指定目录下,不管文件存不存在都会在文件起始位置开始写入) |
ios::ate | 初始位置:文件尾 |
ios::app | 追加方式写文件(如果文件不存在,会自动创建一个新文件在指定目录下,如果文件存在,会在文件末尾追加写入) |
ios::trunc | 如果文件存在先删除,再创建 |
ios::binary | 二进制方式 |
注意: 文件打开方式可以配合使用,利用|操作符
**例如:**用二进制方式写文件 ios::binary | ios:: out
示例:
#include <fstream>
void test01()
{
ofstream ofs;//创建文件输出流对象
ofs.open("test.txt", ios::out);//以写的方式打开文件,open是文件输出流类的成员函数
//若只写个文件名和后缀,则默认创建一个新文件在当前.cpp文件的同一目录下
ofs << "姓名:张三" << endl;//把内容传入文件输出流对象
ofs << "性别:男" << endl;
ofs << "年龄:18" << endl;
ofs.close();//关闭文件
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结:
- 文件操作必须包含头文件 fstream
- 读文件可以利用 ofstream ,或者fstream类
- 打开文件时候需要指定操作文件的路径,以及打开方式
- 利用<<可以向文件中写数据
- 操作完毕,要关闭文件
5.1.2读文件
读文件与写文件步骤相似,但是读取方式相对于比较多
读文件步骤如下:
-
包含头文件
#include <fstream>
-
创建文件输入流对象
ifstream ifs;
-
打开文件并判断文件是否打开成功
ifs.open(“文件路径”,打开方式);
ifs.is_open();//此函数的返回值类型是bool
-
读数据(将文件(外存)内容读入程序(内存))
四种方式读取
-
关闭文件
ifs.close();
示例:
#include <fstream>
#include <string>
void test01()
{
ifstream ifs;//创建文件输入流对象
ifs.open("test.txt", ios::in);//以读的方式打开文件
if (!ifs.is_open())//判断是否打开成功
{
cout << "文件打开失败" << endl;//如果打开失败,提示后直接结束函数
return;
}
//第一种方式
//char buf[1024] = { 0 };//栈内存中创建一个字符数组
//while (ifs >> buf)//把文件输入流对象读到的内容输入到字符数组(内存),读到文件末尾ifs >> buf会返回一个NULL,此循环会停止
//{
// cout << buf << endl;//打印此字符数组
//}
//第二种方式
//char buf[1024] = { 0 };
//while (ifs.getline(buf,sizeof(buf)))//getline是文件输入流类的成员函数,利用文件输入流对象可调用它,功能是一行一行地读取
//{
// cout << buf << endl;//读一行打印一次
//}
//第三种方式
//string buf;//创建一个字符串对象
//while (getline(ifs, buf))//getline是一个全局函数
//{
// cout << buf << endl;//读一行打印一次
//}
//第四种方式
char c;//创建一个字符对象
while ((c = ifs.get()) != EOF)//get是文件输入流类的成员函数,作用是读取一个字符到文件输入流对象
{
cout << c;//读一个字符就打印一次
}
ifs.close();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结:
- 读文件可以利用 ifstream ,或者fstream类
- 利用is_open函数可以判断文件是否打开成功
- close 关闭文件
5.2 二进制文件
以二进制的方式对文件进行读写操作
打开方式要指定为 ios::binary
以二进制方式读写文件的强大之处在于可以读写自定义类型的数据
5.2.1 写文件
二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write
函数原型 :ostream& write(const char * buffer,int len);
参数解释:字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数
示例:
#include <fstream>
#include <string>
//自定义类
class Person
{
public:
char m_Name[64];//最好用字符数组,用string类型会出现问题
int m_Age;
};
//二进制文件 写文件
void test01()
{
//1、包含头文件
//2.创建文件输出流对象
//ofstream ofs;
//3、以二进制写的方式打开文件
//ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);
//2、创建输出流对象,可以将第二步和第三步合成1步,因为ofstream类有有参构造函数
ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);
Person p = {"张三" , 18};//class和struct的区别在于默认权限不同,如果指定class的权限是public,那class的对象也可以像struct一样用花括号{ }初始化
//4、写文件
ofs.write((const char *)&p, sizeof(p));//文件流对象调用文件流的成员函数write
//5、关闭文件
ofs.close();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结:
- 文件输出流对象 可以通过write函数,以二进制方式写数据
5.2.2 读文件
二进制方式读文件主要利用流对象调用成员函数read
函数原型:istream& read(char *buffer,int len);
参数解释:字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数
示例:
#include <fstream>
#include <string>
class Person
{
public:
char m_Name[64];
int m_Age;
};
void test01()
{
ifstream ifs("person.txt", ios::in | ios::binary);//以二进制读的方式打开文件(合为一步了)
if (!ifs.is_open())
{
cout << "文件打开失败" << endl;
}
Person p;//在栈内存创建一个对象
ifs.read((char *)&p, sizeof(p));//将文件内容读到p所在栈内存
cout << "姓名: " << p.m_Name << " 年龄: " << p.m_Age << endl;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
- 文件输入流对象 可以通过read函数,以二进制方式读数据
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