C++面向对象

目录

• C++核心
  • 类和对象
  • 对象特性
  • 友元
  • 运算符重载
  • 继承
  • 多态
  • 文件读写

C++核心

类和对象

1. 类和对象

类和对象是C++面向对象的基础，在C++中万事万物都是对象，C++利用类来实例化对象，下面是创建一个Circle类并实例化的语法：

// 创建类
class Circle {
public:
    int m_r;
    
    void getM_r {
        cout << m_r;
    }
};

// 实例化
Circle a;   

类中的变量称为属性(成员属性)，类中的函数称为行为（成员函数、成员方法）。

2. 访问权限

public: 类内可以访问，类外可以访问

protected: 类内可以访问，类外不可以访问

private: 类内可以访问，类外不可以访问

protected 和 private在继承部分会有不同。

3. struct和class的区别

默认访问权限不同，struct默认访问权限是public，class默认权限是private

4. 在C++中一般把成员属性设置为私有，把成员方法设置公共。下面是一个标准的C++类。

class Person {
private:
	string name;
    int val;
    
public:
    string getName() {
        return name;
    }
    
    void setName(string s) {
        name = s;
    }
    
    int getVal() {
        return val;
    }
    
    void setVal(int x) {
        val = x;
    }
};

// 实例化
Person a;
a.setName("小明");
a.setVal(100);

cout << a.getName() << endl;
cout << a.getVal();

通过成员函数来访问和设置成员属性，可以防止误操作。

5. 对象的初始化和清理

C++通过构造函数和析构函数来进行初始化和清理，这两个函数由编译器自动调用，同时存在默认实现。

构造函数：创建对象时给对象赋值

析构函数：对象销毁前，系统自动调用

// 构造函数
类名(){}
// 析构函数
~类名(){}

class Person {
private:
    int val;
    
public:
    Person() {
     	// 无参构造   
    }
    Person(int x) {
        // 含参构造
        val = x;
    }
    
    ~Person() {
        // 不允许有参数，也不允许发生重载
        // 对象销毁前自动调用
    }
};

6. 构造函数的分类及调用

分类：无参构造（默认构造），有参构造、拷贝构造

拷贝构造：

class Person {
private:
    int age;
    
public:
    Person() { // 无参构造
        
    }
    
    Person(int a) { // 有参构造
        
    }
    
	Person(const Person& p) { // 拷贝构造
        age = p.age;
    }  
};

调用方式：

括号法：

Person p1; // 默认构造调用
Person p2(10); // 有参构造
Person p3(p2); // 拷贝构造

Person p(); 不允许这样调用无参构造，尽管编译不报错，但在运行时，会将这一句误解为函数声明

显示法：

Person p1; // 默认构造
Person p2 = Person(10); // 有参构造
Person p3 = Person(p2); // 拷贝构造

// Person(10) 会被认为是一个匿名对象，执行结束后，系统会立即回收匿名对象。

// Person(p3); 这样是错误的。不要利用拷贝构造，创建匿名对象，会被认为是一个对象的声明

隐式转换法：

Person p1; // 默认构造
Person p2 = 10; // 有参构造
Person p3 = p2; // 拷贝构造

new开辟的数据在堆区

7. 浅拷贝与深拷贝

class Person {
private:
  	string name;
    int* t;

public:
    Person() {}
    Person(string _name, int _t) {
        name = _name;
        t = new int(_t); // 开辟在堆区
    }
    Person(const Person& p) {
        name = p.name;
        t = p.t;  // 编译器提供的默认拷贝形式（浅拷贝）
        t = new int(*p.int); // 深拷贝
    }
};

浅拷贝会造成堆区内存重复释放。

8. 初始化列表

class Person {
private:
    string name;
    Person* next;

public:
    Person(string _name, Person* _next) : name(_name), next(_next) {}
};

9、静态成员

静态成员变量：

• 所有对象共享同一份数据
• 编译阶段分配内存（全局区）
• 类内声明，类外初始化

class person { // 类内声明
private:
    static int a;
};

int person::a = 100; // 类外初始化
// 静态成员变量也有访问权限

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

对象特性

1. C++对象模型和this指针

• 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

// 一个对象占多少内存，取决于它的成员变量
// 空对象占一个字节

2. this指针

• this指针指向被调用的成员函数所属的对象

class person {
public:
    string name;
    
    person(string name) {
        // 解决名称冲突问题
        this->name = name;
    }
}

3. 空指针访问成员函数

// 空指针可以访问函数
// 但是不能访问其中的属性

4. const修饰成员函数

• 常函数内不能修改成员属性
• 常对象只能调用常函数
• this的本质是指针常量

class Person {
public:
    void showPerson() const {
        m_A = 100; // 非法
        m_B = 200; // 合法
    }
    
    int m_A;
    mutable int m_B;
}

void test02() {
    const Person p;
    p.m_A = 100; // 非法
    p.m_B = 200; // 合法
}

友元

在程序中，有些私有属性，也想让类外的特殊函数访问

1. 全局函数做友元

class Building {
    friend void fun(Building build); // 声明友元全局函数
public:
    Building() {}
public:
    string sittingRoom;
private:
    string room;
};

void fun(Building Build) {
    cout << build.sittingRoom; // 合法
	cout << build.room; // 非法
}

2. 类做友元

class Goodgay {
public:
    Building* build = new Building();
    
    void visit() {
        cout << build->room;  // 非法
        cout << build->sittingRoom; // 合法
    }
}
class Building {
    friend class Goodgay;
public:
    Building() {}
public:
    string sittingRoom;
private:
    string room;
};

3. 成员函数做友元

friend void Goodgay::visit();

运算符重载

对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能

1. 加号重载

class Person {
public:
    int m_a;
}
Person operator+ (Person& p1, Person& p2) {
    // 重载+号
    Person temp;
    temp.m_a = p1.m_a + p2.m_a;
    return temp;
};
Person s1;
s1.m_a = 10;
Person s2;
s2.m_a = 20;
Person p3 = p1 + p2; // 非法操作，编译器无法理解P1 + p2

2. 左移运算符

// 重载 << 可以输出类
class Person {
public:
    int m_a;
};
void operator<< (ostream cout, Person& p) {
    // 重载<<号
	cout << p.m_a;
}
Person s1;
cout << s1; // 非法

3. 递增运算符重载

class MyInteger {
public:
    int number;
    MyInteger() {number = 0;}
};
// 重载前置++
void operator++ (MyInteger& p) {
    p.number++;
}
// 后置++
void operator++ (int) {
    
}
MyInteger p;
p ++;

4. 赋值运算符重载

编译器会对'='进行默认重载，对属性进行值拷贝，可能会带来浅拷贝的问题

5. 关系运算符重载

class Person {
public:
    int age;
    string name;
};

bool operator== (Person& p1, Person& p2) {
    if (p1.age == p2.age && p1.name == p2.name) {
        return ture;
    } else {
        return false;
    }
}

Person p1(10, "tom");
Person p2(100, "tom");

if (p1 == p2) // 非法，需要重载==号

6. 函数调用重载

在STL中常用函数调用重载，也叫仿函数

继承

1. 语法

class 子类 : 继承方式 父类

class son : public father {
public:
    cout << "这是一个子类" << endl;
};

2. 继承方式

父类中私有的内容，子类无法访问

• 公共继承

父类中public变为public，protected变为protected

• 保护继承

父类中public变为protected，protected变为protected

保护权限，类外不可以访问

• 私有继承

父类中public变为private，protected变为private

3. 继承中的对象模型

父类中所有非静态成员属性都会被子类继承下去

父类中私有成员属性，是被编译器隐藏了

4. 构造和析构顺序

子类继承父类后，当创建子类对象时，也会调用父类的构造

先构造父类，再构造子类，先析构子类，再析构父类

5. 继承中同名的处理方式

• 访问子类 直接访问
• 访问父类 +作用域

6. 同名静态成员处理

跟5一样，子类直接访问，父类+作用域

子类中出现和父类同名静态成员函数，会隐藏掉父类的所有静态成员函数

son.father::fun()

7. 多继承语法

语法：class 子类 : 继承方式 父类1，继承方式 父类2

8. 虚继承

class sheep : virtual public animal {

};

菱形继承导致了子类继承同样的数据，造成内存浪费

virtual可以解决菱形继承的问题

vbptr 虚基类指针 指向 vbtable 虚基类表

多态

• 静态多态：函数重载 运算符重载 复用函数名
• 动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态的函数地址早绑定，编译阶段确定函数的地址

动态多态的函数地址晚绑定，运行阶段确定函数的地址

父类的指针，可以直接指向子类

class animal {
public:
  	void speak() {
        cout << "动物在说话"
    }  
};

class cat {
public:
    void speak() {
        cout << "猫在说话" << endl;
    }
};

void doSpeak(animal& a) {
    a.speak();
}

int main() {
    cat a;
    doSpeak(a);
}
// 输出->动物在说话
将父类中的函数换位 virtual void speak()
// 输出->猫在说话

动态多态的两个条件

• 存在继承关系
• 子类重写父类的虚函数
• 父类的指针或引用指向子类对象

底层原理

virtual函数中存在一个vfptr-虚函数表指针

指向vftable

纯虚函数

当类中有了纯虚函数，这个类就是抽象类

抽象类不可以实例化

子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

class animal {
public:
    virtual void fun() = 0; // 纯虚函数
};

虚析构和纯虚析构

把父类中的析构函数改为虚析构

利用虚析构可以解决父类指针释放子类对象，释放不干净的问题

纯虚析构

virtual ~animal() = 0;

需要在类外，重写析构函数

文件读写

文件流管理

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

文本以二进制形式存储在计算机中，用户一般不能直接读懂

• ofstream 写操作
• ifstream 读操作
• fstream 读写操作

写文件步骤：

1. 包含头文件
2. 创建流对象
3. 打开文件

ios::in 读文件的方式

ios::out 写文件的方式

ios::trunc 如果文件存在先删除，再创建

4. 写数据

5. 关闭文件

#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;

// 写文件
void test01() {
    ofstream ofs;
    
    ofs.open("文件路径", ios::out);
    
    ofs << "你好，文本" << endl;
    
    ofs.close();
}

void test02() {
    // 读文件
    ifstream ifs;
    
    ifs.open("hello.txt", ios::in);
    
    if (!ifs.is_open()) {
        cout << "打开失败" << endl;
        return;
    }
    
    char buf[1024] = {0};
    while (ifs >> buf) {
        cout << buf << endl;
    }
    
    string buf;
    while (getline(ifs, buf)) {
        cout << buf << endl;
    }
    
    char c;
    while ((c = ifs.get() != EOF)) {
        cout << c;
    }
}

int main() {
    test01();
}

// 二进制方式读写

二进制写

#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;

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

void test01() {
   	ofstream ofs;
    ofs.open("wang.txt", ios::out | ios::binary);
    Person p;
    p.m_Name = "zhangsan";
    p.m_Age = 18;
    
    ofs.write((const char*)&p, sizeof(Person));
    
    ofs.open();
}

int main() {
    test01();
}

二进制读

#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;

class Person {
public:
    char m_Name[64] = "zhaolei";
    int m_Age;
};

void test02() {
   	ofstream ofs;
    ofs.open("wang.txt", ios::out | ios::binary);
    Person p;
    p.m_Name = "zhangsan";
    p.m_Age = 18;
    
    ofs.write((const char*)&p, sizeof(Person));
    
    ofs.open();
}

int main() {
    test01();
}