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；
  • 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。

在程序运行前有代码区和全局区，程序运行后才有栈区和堆区。

内存四区意义：

不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期，给我们很大的灵活编程。

1.1 在程序运行前

在程序编译后，生成了exe可执行文件，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；

​ 代码区时==共享==的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中由一份代码即可；

​ 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（也包括const修饰的变量）也存放在此；

​ ==该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。==

总结：

不在全局区中：局部变量、const修饰的局部变量

在全局区中：全局变量、静态变量(static关键字修饰的变量)、常量(字符串常量、const修饰的全局变量(全局常量))

例如：

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#include<iostream>
using namespace std;

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//const修饰的全局变量，全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main() {
	//全局区
	//全局变量、静态变量、常量
	//静态变量，在普通变量前面加static，属于静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;
	//常量：字符串常量
	cout << "字符串常量的地址为：" << (int)&"hello world" << endl;
	//const修饰的变量:const修饰的全局变量、const修饰的局部变量
	//const修饰的全局变量
	cout << "const修饰的全局常量c_g_a的地址为：" << (int)&c_g_a << endl;
	cout << "const修饰的全局常量c_g_b的地址为：" << (int)&c_g_b << endl;

	//const修饰的局部变量
	const int c_l_a = 10; //c-const g-global l-local
	const int c_l_b = 10; //
	cout << "const修饰的局部常量c_l_a的地址为：" << (int)&c_l_a << endl;
	cout << "const修饰的局部常量c_l_b的地址为：" << (int)&c_l_b << endl;

	//创建普通局部变量
	int a = 10;
	int b = 10;

	cout << "局部变量a的地址：" << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量b的地址：" << (int)&b << endl;

	cout << "全局变量g_a的地址：" << (int)&g_a << endl;
	cout << "全局变量g_b的地址：" << (int)&g_b << endl;

	cout << "全局变量s_a的地址：" << (int)&s_a << endl;
	cout << "全局变量s_b的地址：" << (int)&s_b << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

image-20220128180133418

image-20220128182700919

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；
  • 常量区存放const修饰的全局变量(也称全局常量)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==，栈区开辟的数据由编译器自动释放。

==错误示例==：下面程序中返回局部变量的地址是错误的，栈区的数据运行后会自动释放。

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#include<iostream>
using namespace std;

int* func(int b) {//形参数据也会放在栈区
	b = 100;
	int a = 10;//局部变量 存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后自动释放
	return &a;//返回局部变量的地址，这样写是错误的，不能返回形参的地址
}

int main() {
	//接受func函数的返回值
	int* p = func(1);

	cout << *p << endl;//第一次可以打印正确的数字，是因为编译器做了保留
	cout << *p << endl;//第二次这个数据就不再保留(在32位运行环境中)

	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：

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#include<iostream>
using namespace std;

int* func() {
	//利用new关键字可以将数据开辟到堆区，下面的代码将10存放到堆区，将10的地址作为栈区中指针变量p的值
	int* p = new int(10);//这里的指针本质也是局部变量，放在栈上，指针保存的数据是放在堆区
	return p;
}

int main() {
	//在堆区开辟数据
	int* p = func(); 
	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++中利用==new==操作符在堆区开辟数据

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。==

示例：基本语法

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#include<iostream>
using namespace std;

int* func() {
	//在堆区创建整型数据
	//new返回的是该数据类型的指针
	int* p = new int(10);//double* p = new double(6.23);//如果是double类型这样写。
	return p;
}

void test01() {
	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	delete p;//释放数据的地址
	//cout << *p << endl;//不能用这句命令，由于*p的地址已经释放，没有权限访问
}

void test02() {
	//创建10整型数据的数组，在堆区
	int* arr = new int[10];//
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		arr[i] = i + 100;//给10个元素赋值 100~109
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		cout << arr[i] << endl;
	}

	//释放堆区数据
	//释放数组的时候，要加[]才可以
	delete[] arr;
}

int main() {
	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

2 引用

2.1 引用的基本操作

作用：给变量起别名

语法：数据类型 &别名 = 原名

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	int a = 10;
    //引用基本语法
	//数据类型 &别名 = 原名
	int& b = a;
	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;

	b = 100;
	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：

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#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	
	int a = 10;
	int c = 20;
	//数据类型 &别名 = 原名
	int& b = a;
	//int& b;//这一行是错误的，引用必须初始化
	//int& b = c;//这一行是错误的，此时的b已经初始化为a的别名，不能更改

	b = c;//赋值操作，而不是引用

	cout << "a = " << a << endl;
	cout << "b = " << b << endl;
	cout << "c = " << c << endl;

	b = 100;
	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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//值传递，形参不会修饰实参（形参无法改变实参）
void swap01(int a, int b) {
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

//地址传递，形参会修饰实参
void swap02(int* a, int* b) {
	int temp = *a;
	*a = *b;
	*b = temp;
}

//引用传递，形参会修饰实参
void swap03(int& a, int& b) {//利用引用，对引用的操作即是对原始数据的操作
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
}

int main() {
	
	int a = 10;
	int b = 20;
	
	swap01(a, b);
	cout << "swap01 a = " << a << endl;
	cout << "swap01 b = " << b << endl;

	a = 10;
	b = 20;
	swap02(&a, &b);
	cout << "swap02 a = " << a << endl;
	cout << "swap02 b = " << b << endl;
	
	a = 10;
	b = 20;
	swap03(a, b);
	cout << "swap03 a = " << a << endl;
	cout << "swap03 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。引用的语法更加清楚简单。

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

用法：函数调用作为左值

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

int& test01() {
	int a = 10;//局部变量存放在四区中的栈区
	return a;//不要返回局部变量的引用，这里的代码是错误的
}

int& test02() {
	static int a = 10;//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() {
	//引用做函数的返回值
	
	//函数的调用可以作为左值
	/*
	int& ref = test01();
	cout << "ref = " << ref << endl;//第一次结果正确，是因为编译器做了保留
	cout << "ref = " << ref << endl;//第二次结果错误，因为a的内存已经释放（32位编译环境）
	*/
	int& ref2 = test02();//这里的代码是
	cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
	test02() = 1000;//如果函数的返回值是引用，这个函数的调用可以作为左值
	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。

讲解示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//发现是引用，转换为 int* const ref = &a
void func(int& ref) {
	ref = 100;//ref是引用，转换为*ref = 100
}

int main() {
	int a = 20;

	//自动转换为 int* const ref = &a; 指针常量是指针指向不可改，也说明为什么引用也不可更改指向
	int& ref = a;
	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 << "ref2：" << ref << endl;
	func(a);
	cout << "a：" << a << endl;
	cout << "ref2：" << ref << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

总结：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

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#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
	int a = 10;
	//int& ref = 10;//引用必须引用合法的内存空间，不能直接引用数值
	const int& ref = 10;//加上const之后，编译器将代码修改为：int temp = 10; const int& ref = temp;
	//ref = 20;//加入const之后，变成只读状态，不可以修改

	cout << "a：" << a << endl;
	cout << "ref：" << ref << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

示例2：

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#include<iostream>
using namespace std;

void showValue(const int& ref) {//加入const后无法修改数据，防止误操作
	//ref = 1000;//无法修改
	cout << "value：" << ref << endl;
}

int main() {
	int a = 100;
	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：

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#include<iostream>
using namespace std;

int func(int a, int b = 20, int c = 30) {
	return a + b + c;
}

//1.如果某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置往后，从左到右都必须有默认值
//int func(int a= 20, int b, int c) {//这一行有误，b和c必须有默认参数，才是正确的
//	return a + b + c;
//}

//2.如果函数的声明有默认参数，函数实现就不能有默认参数。函数声明和函数实现只能有一个有运行参数
//虽然代码没有报错，但是存在错误
int func2(int a = 10, int b = 10);

int main() {
	int a = 100;
	cout << func(10) << endl;
	cout << func(10, 30) << endl;//如果传了某个值，则用传过去的值
	cout << func2() << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

int func2(int a, int b) {
	return a + b;
}

总结：

  1. 如果函数实现中某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置往后，从左到右都必须有默认值；
  2. 如果函数实现中已经定义了默认参数的值，如果主函数中如果调用这个函数，则用传过去的值进行函数运算；
  3. 如果函数的声明有默认参数，函数实现就不能有默认参数。==函数声明和函数实现只能有一个有运行参数==。

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：

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#include<iostream>
using namespace std;

//占位参数还可以有默认参数，例如：
//void func(int a,int = 10) {
void func(int a,int) {
	cout << "This is function." << endl;
}

int main() {
	int a = 100;
	func(a,10);//调用时必须填补该位置

	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：

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#include<iostream>
using namespace std;

//函数重载
//可以让函数名相同，提高复用性
void func() {
	cout << "func 的调用" << endl;
}

void func(int a) {
	cout << "func(int a) 的调用" << endl;
}

void func(double a) {
	cout << "func(double a) 的调用" << endl;
}

void func(int a, double b) {
	cout << "func(int a, double b) 的调用" << endl;
}

void func(double a, int b) {
	cout << "func(double a, int b) 的调用" << endl;
}
//函数的返回值不可以作为函数重载的条件
/*//
int func(double a, int b) {
	cout << "func(double a, int b) 的调用" << endl;
	return 0;
}
*/
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
  • 函数重载碰到函数默认参数

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//函数重载的注意事项
//引用作为重载的条件
void func(int& a) {   //可读可写
	cout << "func(int& a) 的调用" << endl;
}

void func(const int& a) {   //加入const只能读不能写；合法的代码
	cout << "func(const int& a) 的调用" << endl;
}

void func2(int a,int b = 10) {   //当函数重载碰到默认参数会存在二义性，报错，尽量避免这种情况
	cout << "func(int a,int b = 10) 的调用" << endl;
}

void func2(int a) {   //
	cout << "func(int a) 的调用" << endl;
}

int main() {

	int a = 10;
	func(a);
	func(10);
	//func2(10);//该行代码会报错，由于函数重载碰到默认参数会存在二义性
	func2(10, 20);//和上面注释的代码形成对比，这一行代码不存在二义性

	system("pause");
	return 0;
}

4 类和对象

C++面向对象的三大特征：==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

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==，我们可以抽象成为==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++面向对象三大特征之一

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

封装的意义一：

​ 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 }

示例1：设计一个圆类，求圆的周长

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#include<iostream>
using namespace std;

const double pi = 3.14;//圆周率

//设计一个圆类，求圆的周长
//圆求周长的公式：2*pi*半径

//class代表设计一个类，类后面紧跟着就是类的名称
class Circle {
	//访问权限
public:  //访问权限，公共权限
	//属性
	int m_r;//半径
	//行为：获取圆的周长，可以用一个函数
	double calculateZC() {
		return 2 * pi * m_r;
	}
};

int main() {
	//通过圆类创建具体的圆（对象）
	Circle c1;//通过类实例，创建一个对象
	c1.m_r = 10;
	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

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Student {
public:  //访问权限，公共权限
	//类中的属性和行为统一称为成员
	//属性：成员属性，成员变量
	string name;//姓名
	int number;//学号
	//行为：成员函数，成员方法
	void showStudent() {
		cout << "学生的姓名：" << name << endl;
		cout << "学生的学号：" << number << endl;
	}

	void setStudent(string name1) {
		name = name1;
	}

	void setnumber() {
		cout << "请输入学号：" << endl;
		cin >> number;
	}
};

int main() {
	//创建对象
	Student s1;//通过类实例，创建一个对象
	s1.setStudent("张三");
	s1.setnumber();
	s1.showStudent();

	Student s2;//通过类实例，创建一个对象
	s2.setStudent("李四");
	s2.setnumber();
	s2.showStudent();

	system("pause");
	return 0;
}

封装的意义二：

​ 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：

  1. public 公共权限
  2. protected 保护权限
  3. private 私有权限

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

//访问权限：公共权限、保护权限、私有权限
class person {
public:  //成员类内可以访问，类外可以访问
	string name;//姓名
	//
protected:
	string car;//保护权限内容类外无法访问
private:
	int password;//私有权限内容类外无法访问
public:
	void func() {
		name = "张三";
		car = "拖拉机";
		password = 123456;
	}
	void output() {  //外部无法访问可以通过内部输出来查看
		cout << "输出所有信息：" << endl;
		cout << name << endl;
		cout << car << endl;
		cout << password << endl;
	}
};

int main() {
	//创建对象
	person p1;

	//p1.car = "奔驰";//保护权限的内容在类外无法访问，该行密码报错
	p1.func();
	p1.name = "李四";
	p1.output();

	system("pause");
	return 0;
}

==总结==：

  • 公共权限 public 成员 类内可以访问 类外可以访问
  • 保护权限 protected 成员 类内可以访问 类外不可以访问 在继承中，儿子也可以访问父亲中的保护内容
  • 私有权限 private 成员 类内可以访问 类外不可以访问 在继承中，儿子无法访问父亲中的私有内容

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
  • class默认权限为私有
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#include<iostream>
using namespace std;

class C1 {
	int m_a;//如果什么权限都不写，默认为私有权限
};

struct C2 {
	int m_a;//默认权限为公共权限
};

int main() {
	//创建对象
	C1 c1;
	//c1.m_a = 100;//无法访问，
	C2 c2;
	c2.m_a = 100; //在struct中默认的权限为公共，因此可以访问

	system("pause");
	return 0;
}

4.1.3 成员属性设置为私有

优点：

  1. 将所有成员属性设置为私有，可以自己控制读写权限
  2. 对于写权限，我们可以检测数据的有效性

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Person { 
public:
	//写姓名
	void setname(string name1) {
		name = name1;
	}
	//获取姓名
	string getname() {
		return name;
	}
	int getage() {
		//age = 0;
		return age;
	}
	void setlover(string lover1) {
		lover = lover1;
	}
	void setage(int age1) {
		if (age1 < 0 || age1>150) {
			age = 0;
			cout << "你这个老妖精！" << endl;
			return;
		}
		age = age1;
	}
private:
	string name;//设置可读可写权限
	int age;//设置只读权限
	string lover;//设置只写权限
};

int main() {
	Person p;
	p.setname("张三");
	cout << "姓名：" << p.getname() << endl;
	p.setage(10);
	cout << "年龄：" << p.getage() << endl;
	p.setlover("Eureka");
	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

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Cube {
private:
	int m_L;
	int m_W;
	int m_H;
public:
	//设置长
	void setL(int L) {
		m_L = L;
	}
	//获取长
	int getL() {
		return m_L;
	}
	//设置宽
	void setW(int w) {
		m_W = w;
	}
	//获取宽
	int getW() {
		return m_W;
	}
	//设置高
	void setH(int h) {
		m_H = h;
	}
	//获取高
	int getH() {
		return m_H;
	}
	//获取立方体面积
	int cals() {
		return 2 * (m_H * m_L + m_H * m_W + m_L * m_W);
	}
	//获取立方体体积
	int calv() {
		return m_H * m_L * m_W;
	}
	//利用成员函数判断两个正方体相等
	bool isSamebyclass( Cube& c) {
		if (c.getL() == m_L && c.getW() == m_W && c.getH() == m_H) {
			return true;
		}
		return false;
	}
};

//利用全局函数判断两个正方体相等
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() {
	Cube c1;
	c1.setL(10);
	c1.setW(10);
	c1.setH(10);
	cout << "c1的面积为：" << c1.cals() << endl;
	cout << "c1的体积为：" << c1.calv() << endl;

	Cube c2;
	c2.setL(10);
	c2.setW(10);
	c2.setH(10);
	cout << "c2的面积为：" << c2.cals() << endl;
	cout << "c2的体积为：" << c2.calv() << endl;

	bool ret = isSame(c1, c2);
	if (ret) {
		cout << "全局函数判断：c1和c2是相等的" << endl;
	}
	else {
		cout << "全局函数判断：c1和c2是不相等的" << endl;
	}

	bool ret2 = c2.isSamebyclass(c1);
	//bool ret2 = c1.isSamebyclass(c2);//这一行代码没有问题，可以替换上一行代码
	if (ret2) {
		cout << "By class: c1和c2是相等的" << endl;
	}
	else {
		cout << "By class:c1和c2是不相等的" << endl;
	}

	system("pause");
	return 0;
}

总结：成员函数传入一个未知的数据就可以了。

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），计算点和圆的关系。

整体写法：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Point {
private:
	int m_X;
	int m_Y;
public:
	//设置x
	void setX(int X) {
		m_X = X;
	}
	//获取x
	int getX() {
		return m_X;
	}
	//设置y
	void setY(int y) {
		m_Y = y;
	}
	//获取y
	int getY() {
		return m_Y;
	}
};

class Circle {
private:
	int m_R;
	Point m_Center;//在类中可以让另一个类作为本类中的成员
public:
	//设置R
	void setR(int r) {
		m_R = r;
	}
	//获取R
	int getR() {
		return m_R;
	}
	void setCenter(Point center) {
		m_Center = center;
	}
	Point getCenter() {
		return m_Center;
	}
};

//判断点和圆的关系
void isInCircle(Circle& c,Point& p) {
	//计算两点之间的距离，平方
	int distance = (c.getCenter().getX() - p.getX()) * (c.getCenter().getX() - p.getX()) +
		(c.getCenter().getY() - p.getY()) * (c.getCenter().getY() - p.getY());
	//计算半径的平方
	int iDistance = c.getR() * c.getR();
	//判断关系
	if (distance == iDistance) {
		cout << "点在圆上。" << endl;
	}
	else if (distance > iDistance) {
		cout << "点在圆外。" << endl;
	}
	else {
		cout << "点在圆内。" << endl;
	}
}

int main() {

	//创建圆
	Circle c;
	c.setR(10);
	Point center;
	center.setX(10);
	center.setY(0);
	c.setCenter(center);

	//创建点
	Point p;
	p.setX(10);
	p.setY(9);

	//判断关系
	isInCircle(c, p);

	system("pause");
	return 0;
}

分体写法：

main.cpp

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#include<iostream>
using namespace std;
#include "point.h";
#include "Circle.h";

//判断点和圆的关系
void isInCircle(Circle& c,Point& p) {
	//计算两点之间的距离，平方
	int distance = (c.getCenter().getX() - p.getX()) * (c.getCenter().getX() - p.getX()) +
		(c.getCenter().getY() - p.getY()) * (c.getCenter().getY() - p.getY());
	//计算半径的平方
	int iDistance = c.getR() * c.getR();
	//判断关系
	if (distance == iDistance) {
		cout << "点在圆上。" << endl;
	}
	else if (distance > iDistance) {
		cout << "点在圆外。" << endl;
	}
	else {
		cout << "点在圆内。" << endl;
	}
}

int main() {

	//创建圆
	Circle c;
	c.setR(10);
	Point center;
	center.setX(10);
	center.setY(0);
	c.setCenter(center);

	//创建点
	Point p;
	p.setX(10);
	p.setY(9);

	//判断关系
	isInCircle(c, p);

	system("pause");
	return 0;
}

point.h

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#pragma once  //防止头文件重复包含
#include<iostream>
using namespace std;

class Point {
private:
	int m_X;
	int m_Y;
public:
	//设置x
	void setX(int X);
	//获取x
	int getX();
	//设置y
	void setY(int y);
	//获取y
	int getY();
};

point.cpp

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#include "point.h"

//设置x
void Point::setX(int X) {
	m_X = X;
}
//获取x
int Point::getX() {
	return m_X;
}
//设置y
void Point::setY(int y) {
	m_Y = y;
}
//获取y
int Point::getY() {
	return m_Y;
}

Circle.h

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#pragma once  //防止头文件重复包含
#include<iostream>
using namespace std;
#include"point.h";

class Circle {
private:
	int m_R;
	Point m_Center;//在类中可以让另一个类作为本类中的成员
public:
	//设置R
	void setR(int r);
	//获取R
	int getR();
	void setCenter(Point center);
	Point getCenter();
};

Circle.cpp

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#include "Circle.h"

//设置R
void Circle::setR(int r) {
	m_R = r;
}
//获取R
int Circle::getR() {
	return m_R;
}
void Circle::setCenter(Point center) {
	m_Center = center;
}
Point Circle::getCenter() {
	return m_Center;
}

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，在某一天我们不用的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。

构造函数用法：类名(){}

  1. 构造函数，没有返回值也不写void
  2. 函数名称与类名相同
  3. 构造函数可以有参数，因此可以发生重载
  4. 程序在调用对象的时候会自动调用结构，无须手动调用，而且只会调用一次

析构函数语法：~类名(){}

  1. 析构函数，没有返回值也不写void
  2. 函数名称与类名相同，在名称前面加上符号~
  3. 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
  4. 程序在对象销毁前会自动调用析构函数，无须手动调用，而且只会调用一次

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    //构造函数
	Person() {
		cout << "Person构造函数的调用。" << endl;
	}
    //析构函数
	~Person() {
		cout << "Person析构函数的调用。" << endl;
	}
};

void test01() {//构造和析构都是必须有的实现，如果自己不提供，编译器会提供空实现的构造和析构
	Person p;//在栈上的数据，test01执行完毕后，释放这个对象
}

int main() {

	test01();
	//Person t;//用上一行代码，test01运行结束后会释放类p，接着调用析构函数，如果用此行代码会看不到析构函数输出，因为t没有被释放。

	system("pause");
	return 0;
}

4.2.2 构造函数的分类及调用

两种分类方式：

​ 按参数分为：有参构造和无参构造

​ 按类型分为：普通构造和拷贝构造

三种调用方式：

​ 括号法

​ 显示法

​ 隐式转换法

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	Person() {
		cout << "Person的无参构造函数的调用。" << endl;
	}
	Person(int a) {
		age = a;
		cout << "Person的有参构造函数的调用。" << endl;
	}
	//拷贝构造函数
	Person(const Person &p) {//通过const限定，不能更改原始的类的数据，通过引用的方式实现
		//将传入的人身上的所有属性，拷贝到我身上
		age = p.age;
		cout << "Person的拷贝构造函数的调用。" << endl;
	}
	~Person() {
		cout << "Person析构函数的调用。" << endl;
	}
	int age;
};

void test01() {
	//括号法
	cout << "括号法：" << endl;
	Person p1;//无参构造函数调用
	//Person p1();//这行代码错误，因为这行代码编译器认为是函数的申明，不会认为在创建对象
	Person p2(10);//有参构造函数的调用
	Person p3(p2);//拷贝构造函数的调用，将p2上所有的属性拷贝到p3上
	cout << "p1的年龄：" << p1.age << endl;//由于构造函数没有对p1上的成员属性age进行赋值，因此age没有具体的数值
	cout << "p2的年龄：" << p2.age << endl;
	cout << "p3的年龄：" << p3.age << endl;

	//显示法
	cout << endl;
	cout << "显示法：" << endl;
	Person p4;
	Person p5 = Person(15);//有参构造
	Person p6 = Person(p5);//拷贝构造
	//注意事项一：匿名对象
	Person(10);//匿名对象，特点：当执行结束后，系统会立即回收掉匿名对象，即立刻进行析构
	cout << "aaa" << endl;//匿名对象构造函数和析构函数结束之后才会运行此行代码
	//注意事项二：不要利用拷贝构造函数，初始化匿名对象
	//Person(p6);//该行代码错误，编译器认为 Person(p6)和Person p6相等;前面已经有p6，再进行操作则为重定义

	//隐式转换法
	cout << endl;
	cout << "隐式转换法：" << endl;
	Person p7 = 10;//有参构造。相当于写了 Person p7 = Person(10)；
	Person p8 = p7;//拷贝构造
}

int main() {

	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

4.2.3 拷贝构造函数调用时机

C++中拷贝构造函数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
  • 值传递的方式给函数参数传值
  • 以值方式返回局部对象

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	Person() {
		cout << "Person的无参构造函数的调用。" << endl;
	}
	Person(int a) {
		age = a;
		cout << "Person的有参构造函数的调用。" << endl;
	}
	//拷贝构造函数
	Person(const Person &p) {//通过const限定，不能更改原始的类的数据，通过引用的方式实现
		//将传入的人身上的所有属性，拷贝到我身上
		age = p.age;
		cout << "Person的拷贝构造函数的调用。" << endl;
	}
	~Person() {
		cout << "Person析构函数的调用。" << endl;
	}
	int age;
};
//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() {
	
	cout << "括号法：" << endl;
	Person p1;
	Person p2(20);
	Person p3(p2);//使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
	cout << "p2的年龄：" << p2.age << endl;
	cout << "p3的年龄：" << p3.age << endl;
}
//2.值传递的方式给函数参数传值
void doWork(Person p) {
}
void test02() {
	Person p;
	doWork(p);
}
//3.值方式返回局部对象
Person doWork2() {
	Person p1;
	cout << (int*)&p1 << endl;
	return p1;
}
void test03() {
	Person p = doWork2();
	cout << (int*)&p << endl;
}

int main() {

	//test01();//1.使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
	//test02();//2.值传递的方式给函数参数传值
	test03();//3.值方式返回局部对象

	system("pause");
	return 0;
}

image-20220203113315094

4.2.4 构造函数调用规则

默认情况下，C++编译器==至少给一个类添加3个函数==

  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，对属性进行值拷贝

构造函数调用规则如下：

  • 如果用户定义有参构造函数，C++不再提供默认无参构造函数，但是会提供默认拷贝构造
  • 如果用户定义拷贝构造函数，C++不会再提供其他构造函数

示例1：如果存在用户定义的无参构造函数和拷贝构造函数，C++编译器将不再提供无参构造函数和拷贝构造函数

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	Person() {
		cout << "Person的无参构造函数的调用。" << endl;
	}
	Person(int a) {//如果写了有参构造函数，编译器就不再提供默认构造，依然提供拷贝构造
		age = a;
		cout << "Person的有参构造函数的调用。" << endl;
	}
	//拷贝构造函数
	Person(const Person &p) {
		age = p.age;
		cout << "Person的拷贝构造函数的调用。" << endl;
	}
	~Person() {
		cout << "Person析构函数的调用。" << endl;
	}
	int age;
};

void test01() {
	Person p;
	p.age = 18;
	Person p2(p);
	cout << "p2的年龄：" << p2.age << endl;
}

int main() {

	test01();
	
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

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示例2：如果编写了有参构造函数，编译器就不再提供默认构造函数（无参构造函数），依然提供拷贝构造函数

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	Person(int a) {//如果写了有参构造函数，编译器就不再提供默认构造，依然提供拷贝构造
		age = a;
		cout << "Person的有参构造函数的调用。" << endl;
	}
	~Person() {
		cout << "Person析构函数的调用。" << endl;
	}
	int age;
};

void test02() {
	//Person p;//这行命令出错，由于存在自定义有参构造函数，所以编译器不提供无参构造函数
	Person p(28);
	Person p2(p);
	cout << "p2的年龄为：" << p2.age << endl;
}

int main() {

	test02();
	
	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

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示例3：由于存在拷贝构造函数，所以编译器不再提供有参构造函数和无参构造函数

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	//拷贝构造函数
	Person(const Person& p) {
		age = p.age;
		cout << "Person的拷贝构造函数的调用。" << endl;
	}
	~Person() {
		cout << "Person析构函数的调用。" << endl;
	}
	int age;
};

void test01() {
	//Person p;//由于存在自定义的拷贝构造函数，所以不提供无参构造函数
	//Person p(28);//由于存在自定义的拷贝构造函数，所以不提供有参构造函数
}

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

深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作

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示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	Person() {
		cout << "Person的无参构造函数的调用。" << endl;
	}
	Person(int a,int height) {//如果写了有参构造函数，编译器就不再提供默认构造，依然提供拷贝构造
		age = a;
		heig = new int(height);
		cout << "Person的有参构造函数的调用。" << endl;
	}
	//自己实现拷贝构造函数，解决浅拷贝带来的问题
	Person(const Person& p) {
		cout << "Person拷贝构造函数的调用。" << endl;
		age = p.age;
		//heig = p.heig;//编译器默认实现就是这行代码,即浅拷贝
		//深拷贝操作
		heig = new int(*p.heig);
	}

	~Person() {
		//析构代码，将堆区开辟的数据做释放操作
		if (heig != NULL) {
			delete heig;
			heig = NULL;
		}
		cout << "Person析构函数的调用。" << endl;
	}
	int age;//年龄
	int* heig;//身高
};

void test01() {
	Person p1(18,160);
	cout << "p1的年龄为：" << p1.age << "   p1的身高为：" << *p1.heig << endl;
	Person p2(p1);
	cout << "p2的年龄为：" << p2.age << "   p2的身高为：" << *p2.heig << endl;
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

总结：如果属性有在堆区开辟的，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题（eg：堆区内存重复释放）。

4.2.6 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：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	//传统初始化操作
	//Person(int a, int b, int c) {
	//	m_A = a;
	//	m_B = b;
	//	m_C = c;
	//}

	//初始化列表初始化属性
	//样式一：
	Person() :m_A(10), m_B(20), m_C(30) {
	}
	//样式二：
	Person(int a,int b,int c) :m_A(a), m_B(c), m_C(b) {//b和c的顺序可以调换
	}
	int m_A;
	int m_B;
	int m_C;
};

void test01() {
	//Person p(10, 20, 30);//传统初始化操作
	Person p(30,20,10);
	cout << "m_A =" << p.m_A << endl;
	cout << "m_B =" << p.m_B << endl;
	cout << "m_C =" << p.m_C << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

4.2.7 类对象作为类成员

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：

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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？

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Phone {
public:
	Phone(string pname) {
		cout << "Phone的构造函数调用。" << endl;
		m_Pname = pname;
	}
	~Phone() {
		cout << "Phone的析构函数调用。" << endl;
	}
	string m_Pname;//手机品牌名称
};

class Person {
public:
	//下一行的m_phone(pname)等同于Phone m_phone = pname 隐式转换法
	Person(string name, string pname) :m_name(name),m_phone(pname) {
		cout << "Person的构造函数调用。" << endl;
	}
	~Person() {
		cout << "Person的析构函数调用。" << endl;
	}
	string m_name;//人名
	Phone m_phone;//手机
};

void test01() {
	Person p("张三","苹果MAX");
	cout << p.m_name << "拿着" << p.m_phone.m_Pname << endl;
}

int main() {
	//当其他类的对象作为本类成员，先构造类对象，再构造自身
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

image-20220203202207534

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
    • 所有对象共享一份数据
    • 在编译阶段分配内存
    • 类内申明，类外初始化
  • 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

示例1：静态成员函数

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Person {
public:
	//静态成员函数
	static void func() {
		m_A = 100;//静态成员函数可以访问静态成员变量，m_A是共享的，不需要区分是哪个对象的m_A
		//m_B = 200;//静态成员函数不可以访问非静态成员变量，无法区分需要修改是哪个对象的m_B
		cout << "static void func()的调用。" << endl;
	}
	static int m_A;
	int m_B;
private:
	static void func2() {
		cout << "static void func2()的调用。" << endl;
	}
};

int Person::m_A = 0;//m_A是共享的

void test01() {//静态成员函数的两种访问方式：
	//1.通过对象访问静态成员函数
	Person p;
	p.func();
	//2.通过类名调用静态成员函数
	Person::func();
	//Person::func2();//类外访问不到私有静态成员函数
}

int main() {
	//当其他类的对象作为本类成员，先构造类对象，再构造自身
	test01();

	system("pause");
	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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Person {
};

class Person2 {
	int m_A;//非静态成员变量，属于类的对象上
	static int m_B;//静态成员变量
};

class Person3 {
	int m_A;//非静态成员变量，属于类的对象上
	static int m_B;//静态成员变量，不属于类的对象上
};
int Person3::m_B = 0;

class Person4 {
	int m_A;//非静态成员变量，属于类的对象上
	static int m_B;//静态成员变量，不属于类的对象上
	void func() {//非静态成员函数，不属于类的对象上
	}
	static void func2() {//静态成员函数，不属于类的对象上
	}
};
int Person4::m_B = 0;

void test01() {
	Person p;
	//C++编译器会给每个空对象分配一个内存空间，为了区分空对象占内存的位置
	//每个空对象也有一个独一无二的内存地址
	cout << "sizeof p = " << sizeof(p) << endl;//空对象占用的内存空间为1
}

void test02() {
	Person2 p2;
	cout << "sizeof p = " << sizeof(p2) << endl;
}

void test03() {
	Person3 p3;
	cout << "sizeof p = " << sizeof(p3) << endl;
}

void test04() {
	Person4 p4;
	cout << "sizeof p = " << sizeof(p4) << endl;
}

int main() {
	
	test01();//占用空间为1字节
	test02();//占用空间为4字节
	test03();//占用空间为4字节
	test04();//占用空间为4字节

	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示例，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那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

  • this指针是隐含每一个非静态成员函数内的一种指针；
  • this指针不需要定义，直接使用即可。

this指针的用途：

  • 当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分；
  • 在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用return *this。

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//this的作用：解决名称冲突，this指针隐藏在每一个成员函数内部，直接用即可
class Person {
public:
	Person(int age) {
		this->age = age;//this指针指向的是被调用的成员函数所属的对象，这里的this指向的是对象p1
	}
	Person& PersonAddAge(Person& p) {//如果返回的是引用的方式返回，则返回的是p2
	//Person PersonAddAge(Person& p) {//如果返回的是值，则会返回一个新的对象，和p2本身不同，见Person2
		this->age += p.age;
		return *this;//this指向p2的指针，而*this指向的就是p2这个对象的本体
	}
	int age;
};

class Person2 {
public:
	Person2(int age) {
		this->age = age;
	}
	Person2 PersonAddAge(Person2& p) {//注意，这里返回的是值，会返回一个新的对象，和p2本身不同
		this->age += p.age;
		return *this;
	}
	int age;
};

void test01() {
	Person p1(18);
	cout << "p1的年龄：" << p1.age << endl;
}

void test02() {
	Person p1(10);
	Person p2(10);
	cout << "返回的是Person&：" << endl;
	p2.PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1);//链式编程思想
	cout << "p2的年龄：" << p2.age << endl;
}

void test03() {
	Person2 p1(10);
	Person2 p2(10);
	p2.PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1);
	cout << "返回的是Person：" << endl;
	cout << "p2的年龄：" << p2.age << endl;
	cout << "p2的年龄：" << p2.PersonAddAge(p1).age << endl;
}

int main() {
	
	test01();
	test02();
	test03();

	system("pause");
	return 0;
}

运行结果：

image-20220203225717622

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，但是也要注意有没有用到this指针，如果用到this指针，需要加以判断保证代码的健壮性。

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	void showClassName() {
		cout << "this is Person class" << endl;
	}

	void showPersonAge() {
		if (this == NULL) { //通常会加入此判断，防止传入空指针，对空指针的属性进行操作
			return;
		}
		cout << "age = " << m_Age << endl;//属性前面默认加了this
	}

	int m_Age;
};

void test01() {
	Person* p = NULL;
	p->showClassName();
	//p->showPersonAge();//此行代码出错，由于传入的指针为空，再访问其中的属性是错误的
}

int main() {
	
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

4.3.4 const修饰成员函数

常函数：

  • 成员函数后加const后我们称为这个函数为常函数；
  • 常函数内不可以修改成员属性；
  • 成员属性声明时加关键字mutable后，在常函数中依然可以修改。

常对象：

  • 声明对象前加const称该对象为常对象；
  • 常对象只能调用常函数。

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
	//this指针的本质是指针常量，指针指向的是不可以修改的
	//Person * const this;这是this指针的本质，this等同于一个指针常量
	//const Person * const this;
	void showPerson() const { //加入const后，属性就无法修改,等同于const Person * const this;
		this->m_B = 100;
		//this->m_Age = 100;//该行代码等同于m_Age = 100;一般会隐藏this->。由于存在const，因此不能够对m_Age进行更改
		//this = NULL;//错误。不可以修改this指针的指向
	}
	void func() {
	}
	int m_Age;
	mutable int m_B; //特殊变量，即使在常函数中也可以修改这个值
};
//常函数
void test01() {
	Person p;
	p.showPerson();
}
//常对象
void test02() {
	const Person p;//在对象前加const，变为常对象
	//p.m_Age = 100;//错误，这个对象也是不能修改的
	p.m_B = 100;//m_B是特殊值，在常对象下也可以修改
	//常对象只能调用常函数
	p.showPerson();
	//p.func();//此行代码错误，类中普通函数是可以修改属性的，但是常对象是不能修改属性的
	//如果能够调用普通函数，则能够修改属性，与常对象只能调用常函数矛盾
}

int main() {
	
	test01();
	test02();

	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

友元的目的即使让一个函数或者类访问另一个类中的私有成员

友元的关键字为friend

友元的三种实现：

  • 全局函数做友元
  • 类做友元
  • 成员函数做友元

4.4.1 全局函数做友元

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

//建筑物的类
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);//将全局函数的声明放在类中，并在前面加上friend，即为全局函数做友元
public:
	Building() {
		m_SittingRoom = "客厅";
		m_BedRoom = "卧室";
	}
public:
	string m_SittingRoom;//客厅
private:
	string m_BedRoom;//卧室
};
//全局函数
void goodGay(Building* building) {
	cout << "好基友的全局函数 正在访问：" << building->m_SittingRoom << endl;
	cout << "好基友的全局函数 正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
}

void test01() {
	Building building;
	goodGay(&building);
}

int main() {
	
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

4.4.2 类做友元

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Building;
class GoodGay {
public:
	GoodGay();
	void visit(); //参观函数 访问Building中的属性
private:
	Building* building;
};

class Building {
	friend class GoodGay;//GoodGay类是好朋友，可以访问本类中的私有成员
public:
	Building();
public:
	string m_SittingRoom;//客厅
private:
	string m_BedRoom;//卧室
};
//类外写成员函数
Building::Building() {//类外写构造函数
	m_SittingRoom = "客厅";
	m_BedRoom = "卧室";
}
GoodGay::GoodGay() {//类外写构造函数
	//创建建筑物对象
	building = new Building;//初始化指针指向堆区的一段内存,返回给building是指向堆区的地址
}
void GoodGay::visit() {//类外写成员函数
	cout << "好基友类正在访问：" << building->m_SittingRoom << endl;
	cout << "好基友类正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
}

void test01() {
	GoodGay gg;
	gg.visit();
}

int main() {
	
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

4.4.3 成员函数做友元

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Building;
class GoodGay {
public:
	GoodGay();
	void visit(); //让visit函数可以访问Building中的私有成员
	void visit2();//让visit2函数不可以访问Building中的私有成员
private:
	Building* building;
};

class Building {
	friend void GoodGay::visit();//friend void GoodGay::visit();//GoodGay类下的visit成员函数作为本类的好朋友，可以访问私有成员
public:
	Building();
public:
	string m_SittingRoom;//客厅
private:
	string m_BedRoom;//卧室
};
//类外写成员函数
Building::Building() {//类外写构造函数
	m_SittingRoom = "客厅";
	m_BedRoom = "卧室";
}
GoodGay::GoodGay() {//类外写构造函数
	//创建建筑物对象
	building = new Building;//初始化指针指向堆区的一段内存
}
void GoodGay::visit() {//类外写成员函数
	cout << "好基友类正在访问：" << building->m_SittingRoom << endl;
	cout << "好基友类正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
}
void GoodGay::visit2() {//类外写成员函数
	cout << "好基友类正在访问：" << building->m_SittingRoom << endl;
	//cout << "好基友类正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;//该行代码错误，因为成员函数没有做友元
}

void test01() {
	GoodGay gg;
	gg.visit();
	gg.visit2();
}

int main() {
	
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

4.5 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。

4.5.1 加号运算符重载

对于内置数据类型，编译器知道如何进行运算。但是两个实例化的对象相加，编译器就无法操作。

作用：实现两个自定义数据类型相加的运算

示例1：成员函数运算符重载

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#include<iostream>
using namespace std;

//加号运算符重载//1.成员函数重载+号//2.全局函数重载+号
class Person {
public:
	//1.成员函数重载+号
	Person operator+(Person& p) {
		Person temp;
		temp.m_A = this->m_A + p.m_B;
		temp.m_B = this->m_B + p.m_A;
		return temp;
	}
	
	int m_A;
	int m_B;
};

void test01() {
	Person p1;
	p1.m_A = 10;
	p1.m_B = 10;
	Person p2;
	p2.m_A = 10;
	p2.m_B = 10;

	Person p3 = p1 + p2;
	//Person p3 = p1.operator+(p2);//当为成员函数运算符重载时，此行代码等同于：Person p3 = p1.operator+(p2);
	cout << "p3.m_A = " << p3.m_A << endl;
	cout << "p3.m_B = " << p3.m_B << endl;
}

int main() {
	
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

示例2：全局函数运算符重载

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#include<iostream>
using namespace std;

//加号运算符重载//1.成员函数重载+号//2.全局函数重载+号
class Person {
public:
	int m_A;
	int m_B;
};
//2.全局函数重载+号
Person operator+(Person& p1, Person& p2) {
	Person temp;
	temp.m_A = p1.m_A + p2.m_B;
	temp.m_B = p1.m_B + p2.m_A;
	return temp;
}
Person operator+(Person& p1, int num) {
	Person temp;
	temp.m_A = p1.m_A + num;
	temp.m_B = p1.m_B + num;
	return temp;
}

void test01() {
	Person p1;
	p1.m_A = 10;
	p1.m_B = 10;
	Person p2;
	p2.m_A = 10;
	p2.m_B = 10;

	//运算符重载
	cout << "运算符重载：" << endl;
	Person p3 = p1 + p2;//当为全局函数运算符重载时，此行代码等同于：Person p3 = operator+(p1, p2);
	//Person p3 = operator+(p1, p2);
	Person p4 = p1 + 13;//函数重载
	cout << "p3.m_A = " << p3.m_A << endl;
	cout << "p3.m_B = " << p3.m_B << endl;
	//函数重载
	cout << "函数重载：" << endl;
	cout << "p4.m_A = " << p4.m_A << endl;
	cout << "p4.m_B = " << p4.m_B << endl;
}

int main() {
	
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

总结：

  1. 运算符重载也可以发生函数重载；
  2. 对于内置的数据类型的表达式的运算符是不能改变的；
  3. 不要滥用运算符重载，例如operator+里面写的是相减、相除、相乘等，和名称不匹配。

4.5.2 左移运算符重载

作用：可以输出自定义数据类型。

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#include<iostream>
using namespace std;

//左移运算符
class Person {
	friend ostream& operator<<(ostream& cout, Person p);
public:
	Person(int a, int b) {
		m_A = a;
		m_B = b;
	}
private:
	//利用成员函数重载左移运算符 如果通过void operator<<(cout){}建立成员函数，则最后输出的命令为 p.operator<<(cout) 简化版本 p << cout
	//通常不会利用成员函数重载<<运算符，因为无法实现 cout 在左侧
	//void operator<<( ostream& cout ) {}

	int m_A;
	int m_B;
};
//只能利用全局函数重载左移运算符
ostream& operator<<(ostream& cout, Person p) {  //本质 operator<<(cout,p) 简化 cout<<p
	cout << "m_A = " << p.m_A << "  m_B = " << p.m_B;
	return cout;
}
//上面的代码 等同于 下面的代码，主要就是cout和out的不同，引用也就是起别名
//ostream& operator<<(ostream& out, Person p) {  //本质 operator<<(cout,p) 简化 cout<<p
//	out << "m_A = " << p.m_A << "  m_B = " << p.m_B;
//	return out;
//}

void test01() {
	Person p1(10,10);
	cout << p1 << endl;//进行链式编程
}

int main() {
	
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

4.5.3 递增运算符重载

作用：通过重载递增运算符，实现自己的整型数据

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#include<iostream>
using namespace std;

//重载递增运算符
class MyInteger {
	friend ostream& operator<<(ostream& cout, MyInteger p);
public:
	MyInteger() {
		m_Num = 0;
	}
	//重载前置**运算符
	MyInteger& operator++() {
		m_Num++;
		return *this;//将自身作为返回，*this是解引用，返回自身是为了防止++(++a)出现，这样能够对一个数据进行递增操作。
	}
	//重载后置**运算符
	MyInteger operator++(int) {//int代表占位参数，可以用于区分前置和后置递增，只能用int，不能用float或者double。
		MyInteger temp = *this;
		m_Num++;
		return temp;//由于返回的是temp，所以返回的是值，不是引用，返回之后temp会被释放
	}
private:
	int m_Num;
};

//只能利用全局函数重载左移运算符
ostream& operator<<(ostream& cout, MyInteger myint) { //本质 operator<<(cout,p) 简化 cout<<p
	cout << "m_Num = " << myint.m_Num ;
	return cout;
}

void test01() {
	MyInteger myint;
	cout << ++(++myint) << endl;//输出结果为2
	cout << myint << endl;//输出结果为2，因为能够重复对myint进行操作，上一行命令第二次++后改变的还是原来的myint
}
void test02() {
	MyInteger myint;
	cout << myint++ << endl;//输出结果为0
	cout << myint << endl;//输出结果为1
}

int main() {

	test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

同理，递减运算符重载示例如下：

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#include<iostream>
using namespace std;

class myInteger {
	friend ostream& operator<<(ostream& cout, myInteger myint);
public:
	myInteger() {
		m_Num = 0;
	}
	//前置--运算符
	myInteger& operator--() {
		m_Num--;
		return *this;
	}
	//后置--运算符
	myInteger operator--(int) {
		myInteger temp = *this;
		m_Num--;
		return temp;
	}
private:
	int m_Num;
};

ostream& operator<<(ostream& cout, myInteger myint) {
	cout << "myint = " << myint.m_Num;
	return cout;
}

void test01() {
	myInteger myint;
	cout << --myint << endl;//输出为-1
	cout << myint-- << endl;//输出为-1
	cout << --(--myint) << endl;//输出为-4
	cout << myint << endl;//输出为-4
}

int main() {
	test01();
	
	system("pause");
	return 0;
}

4.5.4 赋值运算符重载

C++编译器至少给一个类添加4个函数

  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，对属性进行值拷贝
  4. 赋值运算符operator=，对属性进行值拷贝

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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
//赋值运算符的重载
class Person {
public:
	Person(int age) {
		m_Age = new int(age);//通过new将数据创建在堆区，将m_Age指针指向age
	}
	~Person() {
		if (m_Age != NULL) {
			delete m_Age;
			m_Age = NULL;
		}
	}
	//重载赋值运算符
	Person& operator=(Person& p) { //编译器提供的是浅拷贝，即m_Age = age;
	//先判断是否有属性在堆区，如果有先释放干净，再进行深拷贝
		if (m_Age != NULL) {
			delete m_Age;
			m_Age = NULL;
		}
		m_Age = new int(*p.m_Age);
		return *this;//指向自身的指针为this指针，找回自身用*进行解引用，即*this
	}

	int* m_Age;
};

void test01() {
	Person p1(18);
	Person p2(20);
	Person p3(30);
	p3 = p2 = p1;//赋值操作
	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();
	
	system("pause");
	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：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Person {
public:
	Person(string name, int age) {
		m_Name = name;
		m_Age = age;
	}
	//重载关系运算符==
	bool operator==(Person& p) {
		if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age) {
			return true;
		}
		else {
			return false;
		}
	}

	string m_Name;
	int m_Age;
};

void test01() {
	Person p1("Tom", 18);
	Person p2("Jerry", 18);
	Person p3("Jerry", 18);
	if (p1 == p2) {
		cout << "p1 和 p2 是相等的！" << endl;
	}
	else {
		cout << "p1 和 p2 是不相等的！" << endl;
	}
	if (p2 == p3) {
		cout << "p2 和 p3 是相等的！" << endl;
	}
	else {
		cout << "p2 和 p3 是不相等的！" << endl;
	}
}

int main() {
	test01();
	
	system("pause");
	return 0;
}

4.5.6 函数调用运算符重载

函数调用运算符重载：

  • 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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

//函数调用运算符重载
class myPrint {
public: //重载函数调用运算符
	void operator()(string test) {
		cout << test << endl;
	}
};

void myPrint02(string test) {
	cout << test << endl;
}

void test01() {
	myPrint myprint;//由于使用起来非常像一个函数，因此称为仿函数
	myprint("hello world");//使用重载后的()
	//与下面的函数调用对比
	myPrint02("hello world");//函数调用
}
//仿函数非常灵活，没有固定的写法
//加法类
class MyAdd {
public:
	int operator()(int num1, int num2) { //没有固定的类型，即传入参数可以是多个，返回的参数也可以是不同类型
		return num1 + num2;
	}
};
void test02() {
	MyAdd myadd;
	int res = myadd(100, 100);
	cout << "res = " << res << endl;//输出res =200
	cout << MyAdd()(100, 100) << endl;//同样输出为200，创建匿名对象，使用过后就立即释放
}

int main() {
	test01();
	test02();//
	system("pause");
	return 0;
}

4.6 继承

继承是面向对象三大特征之一

有些类与类之间存在特殊的关系，例如下图中：

image-20220209185313149

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，还有自己的特征。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。

继承的语法：class 子类 : 继承方式 父类

子类也称为派生类，父类也称为基类

普通实现：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

//普通实现页面
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
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++
class Cplusplus {
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 ja;
	cout << "Java下载视频页面如下：" << endl;
	ja.header();
	ja.footer();
	ja.left();
	ja.content();

	cout << "-------------------------------------------------" << endl;
	Python py;
	cout << "Python下载视频页面如下：" << endl;
	py.header();
	py.footer();
	py.left();
	py.content(); 

	cout << "-------------------------------------------------" << endl;
	Cplusplus cp;
	cout << "Cplusplus下载视频页面如下：" << endl;
	cp.header();
	cp.footer();
	cp.left();
	cp.content();
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

继承代码实现：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

//继承实现页面
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
class Python :public BasePage {
public:
	void content() {
		cout << "Python学科视频" << endl;
	}
};

//C++
class Cplusplus :public BasePage {
public: 
	void content() {
		cout << "C++学科视频" << endl;
	}
};

void test01() {
	Java ja;
	cout << "Java下载视频页面如下：" << endl;
	ja.header();
	ja.footer();
	ja.left();
	ja.content();

	cout << "-------------------------------------------------" << endl;
	Python py;
	cout << "Python下载视频页面如下：" << endl;
	py.header();
	py.footer();
	py.left();
	py.content(); 

	cout << "-------------------------------------------------" << endl;
	Cplusplus cp;
	cout << "Cplusplus下载视频页面如下：" << endl;
	cp.header();
	cp.footer();
	cp.left();
	cp.content();
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

继承的优点：减少重复的代码。

总结：

class A : public B{};

A类称为子类或派生类

B类称为父类或基类

派生类中的成员，包含两大部分：

  1. 一类时从基类继承过来的，一类是自己增加的成员。

  2. 从基类继承过来的表现其共性，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

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示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//继承方式
class Base1 {
public:
	int m_A;
protected:
	int m_B;
private:
	int m_C;
};

class Son1 :public Base1 {
public:
	void func() {
		m_A = 10;//父类中的公共权限成员在子类中依然是公共权限
		m_B = 10;//父类中的保护权限成员在子类中依然是保护权限
		//m_C = 10;//此行代码错误，父类中的私有权限成员在子类中访问不到
	}
};

void test01() {
	Son1 s1;
	s1.m_A = 100;
	//s1.m_B = 100;//此行代码错误，保护权限无法访问
}

class Base2 {
public:
	int m_A;
protected:
	int m_B;
private:
	int m_C;
};

class Son2 :protected Base2 {
public:
	void func() {
		m_A = 100;//父类中的公共权限成员在子类中变为是保护权限
		m_B = 100;//父类中的保护权限成员在子类中依然是保护权限
		//m_C = 10;//此行代码错误，父类中的私有权限成员在子类中访问不到
	}
};

void test02() {
	Son2 s2;
	//s2.m_A = 100;//此行代码错误，保护权限无法访问
	//s1.m_B = 100;//此行代码错误，保护权限无法访问
}

class Base3 {
public:
	int m_A;
protected:
	int m_B;
private:
	int m_C;
};

class Son3 :private Base3 {
public:
	void func() {
		m_A = 1000;//父类中的公共权限成员在子类中变为是私有权限
		m_B = 1000;//父类中的保护权限成员在子类中变为是私有权限
		//m_C = 10;//此行代码错误，父类中的私有权限成员在子类中访问不到
	}
};

class GrandSon3 :public Son3 {
public:
	void func() {
		//m_A = 1000;//此行代码错误，父类中的私有权限成员在子类中访问不到
		//m_B = 1000;//此行代码错误，父类中的私有权限成员在子类中访问不到
		//m_C = 1000;//此行代码错误，父类中的私有权限成员在子类中访问不到
	}
};

void test03() {
	Son3 s3;
	//s3.m_A = 100;//此行代码错误，私有权限无法访问
	//s3.m_B = 100;//此行代码错误，私有权限无法访问
}

int main() {
	test01();
	test02();
	test03();

	system("pause");
	return 0;
}

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：

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#include<iostream>
using namespace std;

//继承中的对象模型
class Base {
public:
	int m_A;
protected:
	int m_B;
private:
	int m_C;
};

class Son :public Base {
public:
	int m_D;
};

//利用开发人员命令提示工具查看对象模型
//跳转盘符 F:
//跳转文件路径 cd 具体路径
//查看命名
// c1 /dl reportSingleClassLayout类名 "文件名"

void test01() {
	//父类中非静态成员都会被子类继承下去，父类中的私有成员属性是被编译器隐藏了，因此访问不到，但是确实是被继承下去了
	cout << "size of Son = " << sizeof(Son) << endl;//输出结果为16
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

利用工具查看：

  1. 跳转盘符 F:；
  2. 跳转文件路径 cd 具体路径；
  3. 查看命名 cl /d1 reportSingleClassLayout类名 "文件名"。

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4.6.4 继承中构造和析构的顺序

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。

问题：父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后？

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
	Base() {
		cout << "Base的构造函数！" << endl;
	}
	~Base() {
		cout << "Base的析构函数！" << endl;
	}
};

class Son :public Base {
public:
	Son() {
		cout << "Son的构造函数！" << endl;
	}
	~Son() {
		cout << "Son的析构函数！" << endl;
	}
};

void test01() {//继承中的构造和析构顺序，先构造父类，再构造子类，析构的顺序和构造的顺序相反
	Son s;
}

int main() {
	test01();

	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，析构的顺序和构造的顺序相反

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，访问到子类和父类中同名的数据呢？

  • 访问子类同名成员，直接访问即可
  • 访问父类同名成员，需要加作用域

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
	Base() {
		m_A = 100;
	}
	void func() {
		cout << "Base - func()调用" << endl;
	}
	void func(int a) {
		cout << "Base - func(int a)调用" << endl;
	}
	int m_A;
};

class Son :public Base {
public:
	Son() {
		m_A = 200;
	}
	void func() {
		cout << "Son - func()调用" << endl;
	}
	int m_A;
};

void test01() {
	Son s;
	cout << "父类中的 m_A = " << s.Base::m_A << endl;//访问的是父类中的同名成员属性
	cout << "子类中的 m_A = " << s.m_A << endl;//直接输出访问的是子类中的同名成员属性
}
void test02() {
	Son s;
	s.func();
	s.Base::func();

	//如果子类中出现和父类同名的成员函数，子类的同名成员函数会隐藏掉父类中所有同名成员函数
	//如果想访问到父类中被隐藏的同名成员函数，需要加作用域
	s.Base::func(100);
}

int main() {
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}

总结：

  1. 子类对象可以直接访问到子类中同名成员；
  2. 子类对象加作用域可以访问到父类同名成员；
  3. 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：继承中同名的静态成员在子类对象上如何进行访问？

静态成员和非静态成员出现同名，处理方式一致

  • 访问子类同名成员，直接访问即可
  • 访问父类同名成员，需要加作用域

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//继承中的同名静态成员处理方式
class Base {
public:
	static int m_A;
	static void func() {
		cout << "Base - static void func()" << endl;
	}
	static void func(int a) {
		cout << "Base - static void func()" << endl;
	}
};
int Base::m_A = 100;

class Son :public Base {
public:
	static int m_A;
	static void func() {
		cout << "Son - static void func()" << endl;
	}
};
int Son::m_A = 200;

//同名静态成员属性
void test01() {
	//1.通过对象来访问数据
	Son s;
	cout << "通过对象来访问数据：" << endl;
	cout << "父类中的 m_A = " << s.Base::m_A << endl;//访问的是父类中的同名静态成员属性
	cout << "子类中的 m_A = " << s.m_A << endl;//直接输出访问的是子类中的同名静态成员属性
	//通过类名来访问数据
	cout << "通过类名来访问数据：" << endl;
	cout << "通过类名访问父类中的 m_A = " << Base::m_A << endl;//访问的是父类中的同名静态成员属性
	cout << "通过类名访问子类中的 m_A = " << Son::m_A << endl;//直接输出访问的是子类中的同名静态成员属性
	cout << "通过类名方式访问父类作用域下的 m_A = " << Son::Base::m_A << endl;//第一个::代表通过类名方式访问 第二个::代表访问父类作用域下
}

//同名静态成员函数
void test02() {
	Son s;
	//通过对象来访问静态成员函数
	cout << "通过对象来访问静态成员函数：" << endl;
	s.func();
	s.Base::func();
	//通过类名来访问静态成员函数
	cout << "通过类名来访问静态成员函数：" << endl;
	Son::func();//通过类名方式访问子类作用域下的静态成员函数
	Base::func();//通过类名方式访问父类作用域下的静态成员函数
	Son::Base::func();//通过类名方式访问父类作用域下的静态成员函数
	//Son::func(100);//改行命令错误，因为子类中存在和父类同名的函数，父类中的同名函数都被隐藏了
	//可以即使父类中存在同名函数的重载，父类中中的同名函数全部被隐藏，如果想调用父类中的成员函数，需要通过加作用域::来访问
	//可以通过以下方式访问父类中的同名成员重载的函数：
    Son::Base::func(100);
}

int main() {
	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进行访问）。

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 父类1 , 继承方式 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：

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#include<iostream>
using namespace std;

//多继承的语法
class Base1 {
public:
	Base1() {
		m_A = 100;
	}
	int m_A;
};

class Base2 {
public:
	Base2() {
		m_A = 200;
	}
	int m_A;
};
//子类 需要继承Base1和Base2
class Son :public Base1, public Base2 {
public:
	Son() {
		m_C = 300;
		m_D = 400;
	}
	int m_C;
	int m_D;
};

void test01() {

	Son s;
	cout << "size of Son = " << sizeof(Son) << endl;//输出16
	//当父类中出现同名成员，需要加作用域区分
	cout << "Base1中m_A = " << s.Base1::m_A << endl;
	cout << "Base2中m_A = " << s.Base2::m_A << endl;
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

总结：多继承中如果父类出现了同名情况，子类使用的时候要加作用域。

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
  • 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：

image-20220210095702446

菱形继承问题：

  1. 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。
  2. 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了。
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#include<iostream>
using namespace std;

//菱形继承
class Animal {//动物
public:
	int m_Age;
};

class Sheep :virtual public Animal { //羊类，加上关键字virtual变为虚继承 Animal类称为虚基类
};

class Tuo :virtual public Animal { //驼类
};

class SheepTuo :public Sheep,public Tuo { //羊驼类
};

void test01() {

	SheepTuo st;
	st.Sheep::m_Age = 18;
	st.Tuo::m_Age = 28;//当出现菱形继承时，两个父类拥有相同的数据，需要加以作用域区分
    //实际中这份数据只要有一份就可以，两份数据导致资源浪费。
    
	cout << "st.Sheep::m_Age = " << st.Sheep::m_Age << endl;
	cout << "st.Tuo::m_Age = " << st.Tuo::m_Age << endl;
	cout << "st.m_Age = " << st.m_Age << endl;//采用虚继承后，才可以写此行代码，因为只有一个m_Age，否则此行代码错误
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

vbptr - virtual base pointer 虚基类指针

vbtable - virtual base table 虚基类表

父类中拿到的只是虚基类指针，指针指向的地址只有一个，为m_Age。

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总结：

  1. 菱形继承带来的主要问题是子类继承两份相同的数据，导致资源浪费以及毫无意义。
  2. 利用虚基类可以解决菱形继承问题。

4.7 多态

4.7.1 多态的基本概念

多态是C++面向对象的三大特征之一

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：

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#include<iostream>
using namespace std;

//多态  满足条件：1.有继承关系 2.子类重写父类的虚函数
//多态的使用：父类的指针或者引用，执行子类对象
class Animal {//动物
public:
	//虚函数
	virtual void speak() {//父类中的virtual必须要写
		cout << "动物在说话。" << endl;
	}
};

class Cat :public Animal {//猫类
public:
	void speak() {//重写：函数返回值类型、函数名、参数列表完全相同
	//virtual void speak() {//重写时前面的virtual关键字在子类中可写可不写，二者效果相同
		cout << "小猫在说话。" << endl;
	}
};

class Dog :public Animal {//猫类
public:
	void speak() {
		cout << "小狗在说话。" << endl;
	}
};

void doSpeak(Animal& animal) {//父类的引用可以直接指向子类，Animal& animal = cat;
	animal.speak();
}

void test01() {
	Cat cat;
	doSpeak(cat);//基类中成员函数前无virtual时，输出的是 动物在说话。基类中成员函数前有virtual时，输出的是 小猫在说话。
	//基类中成员函数前无virtual时，属于地址早绑定，在编译阶段就确定函数地址
	//如果想执行晚绑定，需要在运行阶段绑定，即地址晚绑定，具体操作：基类中成员函数前加virtual

	Dog dog;
	doSpeak(dog);
}

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

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

image-20220210121040937

不加virtual的Animal基类内部结构：

image-20220210121306857

加virtual的Animal基类内部结构：

image-20220210121534225

加virtual的Cat子类内部结构：

image-20220210121655537

4.7.2 多态案例-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：

普通写法：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

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;
		}
	}

	int m_Num1;//操作数1
	int m_Num2;//操作数2
};

void test01() {
	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;
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

利用多态写法：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

//如果想拓展新的功能，需要修改源码
//在真正开发中，提倡开闭原则，开闭原则：对拓展进行开放，对修改进行关闭
class AbstractCalculator {
public:
	virtual int getResult() {
		return 0;
	}
	int m_Num1;//操作数1
	int m_Num2;//操作数2
};
class AddCalculator :public AbstractCalculator {
public:
	int getResult() {  //virtual可加可不加
		return m_Num1 + m_Num2;
	}
};
class SubCalculator :public AbstractCalculator {
public:
	int getResult() {  //virtual可加可不加
		return m_Num1 - m_Num2;
	}
};
class MulCalculator :public AbstractCalculator {
public:
	int getResult() {  //virtual可加可不加
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};

void test02() {
	//多态的使用条件：父类指针或者引用指向子类对象
	AbstractCalculator* abc = new AddCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;
	//只是对建立的堆区的内存进行释放，但是abc依然存在，abc为指针，指向堆区的内存
	abc = new SubCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;

	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() {
	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，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。

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，否则也属于抽象类

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base {//只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
public:
	virtual void func() = 0;
};

class Son1 :public Base {
public://子类必须重写父类中的纯虚函数，否则无法实例化对象
};

class Son :public Base {
public:
	virtual void func() {//子类必须重写父类中的纯虚函数，否则无法实例化对象
		cout << "func函数调用。" << endl;
	}
};

void test01() {
	//Base b;//该行代码错误，抽象类无法实例化对象
	//new Base;//该行代码错误，抽象类无法实例化对象
	//Son1 s;//子类没有重写纯虚函数
	Son s;

	Base* base = new Son;
	base->func();
}

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：

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#include<iostream>
using namespace std;

class AbstractDrinking {
public:
	virtual void Boil() = 0;//煮水
	virtual void Brew() = 0;//冲泡
	virtual void PourInCup() = 0;//倒入杯中
	virtual void PutSomething() = 0;//放入辅料
	void makeDrink() {
		Boil();
		Brew();
		PourInCup();
		PutSomething();
	}
};

class Coffee :public AbstractDrinking {
public:
	virtual void Boil() {
		cout << "煮水" << endl;
	}
	virtual void Brew() {
		cout << "冲泡咖啡" << endl;
	}
	virtual void PourInCup() {
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}
	virtual void PutSomething() {\
		cout << "加入糖和牛奶" << endl;
	}
};

class Tea :public AbstractDrinking {
public:
	virtual void Boil() {
		cout << "煮矿泉水" << endl;
	}
	virtual void Brew() {
		cout << "冲泡茶叶" << endl;
	}
	virtual void PourInCup() {
		cout << "倒入杯子" << endl;
	}
	virtual void PutSomething() {
		cout << "加入枸杞" << endl;
	}
};

void doWork(AbstractDrinking* abs) {
	abs->makeDrink();
	delete abs;//堆区的数据手动释放
}

void test01() {
	doWork(new Coffee);
	cout << "--------------" << endl;
	doWork(new Tea);
}

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

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
  • 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，该类属于抽象类，无法实例化对象

虚析构语法：virtual ~类名(){}

纯虚析构语法：virtual ~类名() = 0; 和 类名::~类名(){}

示例1：虚析构

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Animal {
public:
	virtual void speak() = 0;
	Animal() {
		cout << "Animal的构造函数调用" << endl;
	}
	virtual ~Animal() {//加入virtual才能把子类中的数据释放干净，否则无法调用子类的析构函数
		cout << "Animal的析构函数调用" << endl;
	}
};

class Cat :public Animal {
public:
	Cat(string name) {
		cout << "Cat的构造函数调用" << endl;
		m_Name = new string(name);
	}

	virtual void speak() {
	cout << *m_Name <<"小猫在说话" << endl;
	}
	~Cat() {
		if (m_Name != NULL) {
			cout << "Cat的析构函数调用" << endl;
			delete m_Name;
			m_Name = NULL;
		}
	}

	string* m_Name;
};

void test01() {
	Animal* animal = new Cat("Tom");
	animal->speak();
	delete animal;//父类指针在析构的时候，不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，堆区内存不会释放，即出现内存泄露，需要在父类中加virtual变为虚析构
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

示例2：纯虚析构

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Animal {
public:
	virtual void speak() = 0;
	Animal() {
		cout << "Animal的构造函数调用" << endl;
	}
	virtual ~Animal() = 0;//纯虚析构需要申明也需要实现，有了纯虚析构之后这个类也属于抽象类，无法实例化对象
};

Animal::~Animal() {//纯虚析构需要申明也需要实现
	cout << "Animal的纯虚析构函数调用" << endl;
}

class Cat :public Animal {
public:
	Cat(string name) {
		cout << "Cat的构造函数调用" << endl;
		m_Name = new string(name);
	}

	virtual void speak() {
	cout << *m_Name <<"小猫在说话" << endl;
	}
	~Cat() {
		if (m_Name != NULL) {
			cout << "Cat的析构函数调用" << endl;
			delete m_Name;
			m_Name = NULL;
		}
	}

	string* m_Name;
};

void test01() {
	Animal* animal = new Cat("Tom");
	animal->speak();
	delete animal;//父类指针在析构的时候，不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，出现内存泄露，需要在父类中加virtual变为虚析构
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

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的问题；
  2. 如果子类中没有堆区数据，可以不写虚析构和纯虚析构；
  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进行工作。

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//抽象不同零件类
class CPU {//抽象CPU类
public:
	virtual void calculate() = 0;
};
class VideoCard {//抽象显卡类
public:
	virtual void display () = 0;
};
class MemoryCard {//抽象内存条类
public:
	virtual void storage() = 0;
};

//电脑类
class Computer {
public:
	Computer(CPU* cpu, VideoCard* vc, MemoryCard* mem) {
		m_cpu = cpu;
		m_vc = vc;
		m_mem = mem;
	}

	//提供工作的函数
	void work() {
		m_cpu->calculate();
		m_vc->display();
		m_mem->storage();
	}

	~Computer() {
		if (m_cpu != NULL) {
			delete m_cpu;
			m_cpu = NULL;
		}
		if (m_vc != NULL) {
			delete m_vc;
			m_vc = NULL;
		}
		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
	MemoryCard* m_mem;
};

//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的显卡开始计算了！" << endl;
	}
};
class IntelMemory :public MemoryCard {
public:
	virtual void storage() {
		cout << "Intel的内存条开始存储了！" << endl;
	}
};
//联想厂商
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的显卡开始计算了！" << endl;
	}
};
class LenovoMemory :public MemoryCard {
public:
	virtual void storage() {
		cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;
	}
};

void test01() {
	//第一台电脑的零件
	CPU* intelCp = new IntelCPU;
	VideoCard* intelCard = new IntelVideoCard;
	MemoryCard* intelMem = new IntelMemory;

	//创建第一台电脑
	cout << "第一台电脑开始工作！" << endl;
	Computer* computer1 = new Computer(intelCp, intelCard, intelMem);
	computer1->work();
	delete computer1;

	//第二台电脑组装
	cout << "--------------------" << endl;
	cout << "第二台电脑开始工作！" << endl;
	Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
	computer2->work();
	delete computer2;

	//第三台电脑组装
	cout << "--------------------" << endl;
	cout << "第三台电脑开始工作！" << endl;
	Computer* computer3 = new Computer(new IntelCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
	computer3->work();
	delete computer3;
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

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====

文件类型分为两种：

  1. 文本文件 - 文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中
  2. 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：

  1. ofstream：写操作
  2. ifstream：读操作
  3. fstream：读写操作

5.1 文本文件

5.1.1 写文件

写文件步骤如下：

  1. 包含头文件 #include<fstream>
  2. 创建流对象 ofstream ofs;
  3. 打开文件 ofs.open("文件路径",打开方式);
  4. 写数据 ofs<<"写入的数据";
  5. 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
ios::out 为写文件而打开文件
ios::ate 初始位置：文件尾
ios::app 追加方式写文件
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：用二进制和普通方式来写文件 ios::binary | ios::out

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<fstream>//1.包含头文件

void test01() {
	ofstream ofs;//2.创建流对象
	ofs.open("test.txt", ios::out);//3.指定打开方式
	ofs << "姓名：张三" << endl;//4.写内容
	ofs << "性别：男" << endl;
	ofs << "年龄：18" << endl;
	ofs.close();//5.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
  • 打开文件时后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：

  1. 包含头文件 #include<fstream>
  2. 创建流对象 ifstream ifs;
  3. 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);
  4. 读数据 四种方式读取
  5. 关闭文件 ifs.close();

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<fstream>//1.包含头文件
#include<string>

void test01() {
	ifstream ifs;//2.创建流对象
	ifs.open("test.txt", ios::in);//3.指定打开方式,in是读
	if (!ifs.is_open()) {
		cout << "文件打开失败。" << endl;
		return;
	}
	else {
		//第一种读取方式
		//char buf[1024] = { 0 };
		//while (ifs >> buf) {
		//	cout << buf << endl;
		//}
		//第二种
		//char buf[1024] = { 0 };
		//while (ifs.getline(buf, sizeof(buf))) {
		//	cout << buf << endl;
		//}
		//第三种
		string buf;
		while (getline(ifs,buf)) {
			cout << buf << endl;
		}
		//第四种，不推荐使用
		//char c;
		//while ((c=ifs.get())!=EOF) {//EOF end of file，文件尾
		//	cout << c;
		//}
		ifs.close();//5.关闭文件
	}
}

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

打开方式要指定为ios::binary

5.2.1 写文件

二进制方式写文件主要利用流对象调用陈冠函数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：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<fstream>//1.包含头文件

class Person {
public:
	char m_Name[64];//姓名
	int m_Age;//年龄
};

void test01() {
	ofstream ofs;//2.创建流对象，也可以通过 ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary)
	ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);//3.打开文件
	//4.写文件
	Person p = { "张三",18 };
	ofs.write((const char*)&p, sizeof(Person));
	ofs.close();//5.关闭文件
}

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：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<fstream>//1.包含头文件

class Person {
public:
	char m_Name[64];//姓名
	int m_Age;//年龄
};

void test01() {
	ifstream ifs;//2.创建流对象，也可以通过 ifstream ofs("person.txt", ios::in | ios::binary)
	ifs.open("person.txt", ios::in | ios::binary);//3.打开文件，判断文件是否打开成功
	while (!ifs.is_open()) {
		cout << "文件打开失败。" << endl;
		return;
	}
	//4.读文件
	Person p;
	ifs.read((char*)&p, sizeof(Person));
	cout << "姓名：" << p.m_Name << "  年龄：" << p.m_Age << endl;
	ifs.close();//5.关闭文件
}

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