初学者浅析C++类与对象
C++类与对象
class
class基本语法
class ClassName {
public:
// 公有成员
Type memberVariable; // 数据成员
ReturnType memberFunction(); // 成员函数声明
private:
// 私有成员
Type privateMemberVariable; // 数据成员
ReturnType privateMemberFunction(); // 成员函数声明
protected:
// 保护成员
Type protectedMemberVariable; // 数据成员
ReturnType protectedMemberFunction(); // 成员函数声明
};
Important points
-
public:公有访问权限，类的外部可以访问 -
private：私有访问权限，只有类的内部可以访问。 -
protected：保护访问权限，只有类的内部和派生类可以访问。 -
注意，默认权限为
private
这里可以实现成员变量的被操作权限
在class中，声明数组大小时，如果声明大小使用的变量为class内的变量时，应当如下
class Map{
public:
const static int maxn =4343;
int next[maxn]={};
};
或者建议使用 array 或者 vector
关于class中的static修饰词警示后人
在class中访问没有static修饰的函数与变量都是需要一个已经创建的对象才可以访问。
但是有了static修饰以后便会有所不同。有static修饰的变量和函数仅仅属于这个类本身，不属于某个特定的对象，但是其仍然拥有访问权限的设置！！
其可以直接被如下方式访问
class classname{ public: static functionname(){/*content*/} static cnt; }; int main (){ classname::functionname(); cout<<classname::cnt<<endl; }
构造函数与析构函数
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
注： 这两个函数会被设置访问权限，可以限制类的创建和销毁！！
构造函数分类与调用
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
深拷贝与浅拷贝的差别：
浅拷贝（Shallow Copy）
浅拷贝是指复制对象时，新的对象和原始对象共享相同的内存地址。换句话说，浅拷贝仅复制对象的值（即指针和基本数据类型的值），而不是指针所指向的实际对象。
特点：
- 共享引用: 如果对象包含指针或引用，浅拷贝只复制指针的值，因此原始对象和拷贝对象的指针会指向同一块内存区域。
- 性能: 浅拷贝比深拷贝通常更快，因为它只需要复制指针和基本数据类型的值，而不需要递归地复制所有引用的对象。
- 潜在问题: 由于原始对象和拷贝对象共享相同的内存区域，当一个对象修改了指针指向的内容时，另一个对象的内容也会受到影响。此共享可能导致悬挂指针（如果一个对象释放了共享内存，另一个对象会变成悬挂状态）或数据不一致的问题。
深拷贝（Deep Copy）
深拷贝则是创建一个新对象，并递归地复制原始对象所引用的所有对象。换句话说，深拷贝不仅复制对象的值，还复制对象内包含的所有指针指向的对象，从而创建一个完全独立的新对象。
特点：
- 独立性: 原始对象和深拷贝对象之间没有共享的内存区域，修改一个对象不会影响另一个对象。
- 性能: 深拷贝可能较慢，因为它涉及递归地复制所有指针所指向的内容。
- 内存管理: 深拷贝通常需要编写额外的代码来确保正确管理内存，例如在析构函数中释放分配的内存，避免内存泄漏。
构造函数的初始化列表
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;
};
类对象作为类成员的构造和析构函数调用顺序
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
//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
静态成员
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
-
类内声明，类外初始化（一定要记着初始化，不然编译错误不显示！！！）
class Example { public: static int staticVar; // 声明静态成员变量 }; int Example::staticVar = 0; // 定义并初始化静态成员变量
静态成员函数(static)
- 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（其实只需要在参数上加入一个对象就可以访问对象的成员变量）
静态函数可以在类里面声明，在类外定义！！
常成员(const)
const 修饰成员函数
-
保证不会改变对象的状态，但是可以调用更改 static 修饰的变量
-
只可以调用其他const成员函数
为了保证在const成员函数中，不会对对象进行改变
可以调用静态函数！！！
-
可以返回一个值，但是如果返回的是指针or引用，则必须加上const
class Type{ int a; const int* GO() const{//int const* GO() const 这样也可以 return &a; } };这一条并不适用于 static变量： 当返回的值为static变量的地址或引用时，可以不用static
注意：在这里在再次区分一下
const int *int const *int * const前两者是一样的，定义的指针不可以修改对应的地址
第三者是指该指针所指的地址不可修改，但是可以通过指针修改内容
-
成员变量加上 \(mutable\) 就可以不受以上规则限制，而可被const函数修改和返回非常量指针
总结: 常函数保证了不会通过其对对象有任何形式的修改包括指针与引用，但是对应于 \(static,mutabl\) 修饰的变量例外
const关键字的使用方式：
const int* () const{}
前一个 \(const\) 用于修饰返回值，后一个用于修饰函数为静态函数
注意：函数可以反回 \(const\) 的值，但是没有意义，因为其返回的值是拷贝。但是返回 \(const\) 的指针与引用是有意义的。
const MyClass& getObject() const {
static MyClass obj;
return obj;
}
OR
const MyClass* getObject() const {
static MyClass obj;
return obj;
}
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
- 常对象可以修改静态变量，调用静态函数，修改 \(mutable\) 变量
友元
通过声明友元的方式，可以使C++中某个类的private和protected的变量和函数被其他类和函数访问
友元类
友元类函数
友元全局函数
class People{
friend class Dorm; //友元类
friend void get_password(const People&,const Dorm&); //友元函数
public:
const int ID;
void Change_drompassword(const int&,const int&,const int &,Dorm&);
public:
People(int id,int Password): ID(id),password(Password){
cout<<"creat a new person\n";
}
private:
int password;
};
class Dorm{
friend class People;
friend void get_password(const People & a,const Dorm & b);
friend void People::Change_drompassword(const int&,const int&,const int &,Dorm&); //友元类函数
private:
int get_number(){
return dorm_number;
}
int dorm_number;
int dorm_password;
public:
Dorm(int number,int password):dorm_number(number),dorm_password(password){
cout<<"creat a drom!\n";
}
};
Attention:
- 在声明友元类函数之前，一定要保证该类已经被声明完成（提前声明不可以，因为complier只是知道了有这个类而不知道这个类的具体内容）。例如：将以上代码的两个类的定义交换位置为导致 $ incompleting $ 错误
- 在声明有友元函数时，参数列表不用写参数名称，但是 \(const~,\&~\) 不可拉下
友元的注意事项
- 不具有继承关系：友元关系不会被继承。例如，如果类B是类A的友元，类C继承了类A，类C不会自动成为类B的友元。
- 友元不具有传递性：如果类A是类B的友元，类B不是自动成为类A的友元。
- 友元关系是单向的：即使类A是类B的友元，类B并不能自动访问类A的私有成员，除非类B也显式地声明类A为友元。
\(C++\) 中的输入输出流
输入流
-
用于从外部源（如键盘或文件）读取数据。
-
主要的输入流对象是
std::cin，它表示标准输入流。 -
cin.fail()用于检查输入是否成功 -
cin.ignore()函数-
忽略指定数量的字符
std::cin.ignore(count);//count 代表数量 -
忽略直到特定字符或 EOF：
std::cin.ignore(count, delimiter);//delimiter 代表分隔符，这个分隔符也会被舍去 std::cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n')：//忽略输入流中的特定字符或直到遇到换行符。
-
输出流
- 用于将数据输出到外部目标（如显示器或文件）。
- 主要的输出流对象是
std::cout，它表示标准输出流。 cout.flush()刷新输出流，确保所有缓冲区的数据被输出到终端。
错误流
-
用于输出错误信息。
-
主要的错误流对象是
std::cerr，它用于打印错误信息。
日志流（Log Stream）
- 用于输出警告或日志信息。
- 主要的日志流对象是
std::clog。
注： 以上四个标准流的使用方法都是一样的
int x; std::cin >> x; std::cout << "Hello, World!" << std::endl; std::cerr << "An error occurred!" << std::endl; std::clog << "This is a log message." << std::endl;
文件流
除了标准流，C++还支持文件流，用于从文件中读取数据或将数据写入文件。文件流的主要类有：
std::ifstream：用于输入文件流。std::ofstream：用于输出文件流。std::fstream：用于读写文件流（即同时支持输入和输出）。
#include <iostream>
#include <fstream> // 引入文件流
int main() {
// 写入文件
std::ofstream outFile("example.txt");
if (outFile.is_open()) {
outFile << "Hello, File!" << std::endl;
outFile.close();
}
// 读取文件
std::ifstream inFile("example.txt");
std::string line;
if (inFile.is_open()) {
while (getline(inFile, line)) {
std::cout << line << std::endl;
}
inFile.close();
}
return 0;
}
文件打开模式
首先在打开文件流是可以设置打开模式的，设置方法如下
std::fstream file("example.txt", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::ate);
注： 当要使用多个打开模式时，可以用 | 将其链接
接下来介绍文件打开模式
-
std::ios::in：用于读操作。 -
std::ios::out：用于写操作，文件内容会被覆盖（如果文件存在）。 -
std::ios::app：用于追加操作，所有写入的数据会追加到文件末尾。 -
std::ios::ate：文件打开时将文件指针定位到文件末尾，适用于需要在文件末尾开始读写的情况。 -
std::ios::trunc：如果文件已经存在，会清空文件内容，通常与std::ios::out一起使用。 -
std::ios::binary以二进制的方式打开文件，不会进行仍何文本转化（比如换行符转化）#include <iostream> #include <fstream> #include <vector> int main() { // 文件名 const char* filename = "example.bin"; // 打开文件以二进制模式 std::ifstream file(filename, std::ios::binary); // 检查文件是否成功打开 if (!file) { std::cerr << "无法打开文件: " << filename << std::endl; return 1; } // 移动文件指针到文件末尾以获取文件大小 file.seekg(0, std::ios::end); std::streamsize size = file.tellg(); file.seekg(0, std::ios::beg); // 使用 std::vector 存储文件内容 std::vector<char> buffer(size); // 读取文件内容到 buffer 中 if (file.read(buffer.data(), size)) { // 处理文件内容（示例中仅输出文件大小） std::cout << "文件大小: " << size << " 字节" << std::endl; // 这里可以根据需要处理 buffer 中的数据 } else { std::cerr << "读取文件失败" << std::endl; } // 关闭文件 file.close(); return 0; } /* 文件名：你需要指定你想要读取的文件名。示例中使用的是 "example.bin"。 打开文件：std::ifstream file(filename, std::ios::binary); 这行代码打开了指定的文件，并以二进制模式进行读取。 获取文件大小：使用 seekg 和 tellg 方法来确定文件的大小。 读取内容：file.read(buffer.data(), size); 这行代码将文件内容读取到 buffer 中。 错误检查：在打开文件和读取文件后，检查是否成功执行这些操作。 关闭文件：使用 file.close(); 关闭文件。 */
以上打开方式在 ifstream ofstream 中使用是没有问题的，只不过要注意不要把输出的文件打开方式安在输入文件流上面了，会导致文件流无法正常打开的问题
最后让我们来介绍一下在 fstream 中使用这些文件打开方式会出现的一些问题
-
单独使用
app,ate,trunc都是不行的，因为他们没有给出文件的读写模式，所以要加上inout -
有个作死的玩法
fstream IN(".in", std::ios::out); cout<<IN.is_open()<<endl; int a; IN>>a; IN<<1111<<endl;然后你就会发现输出了个寂寞
定位输出指针
std::ios::beg //开头指针
std::ios::cur //当前指针
std::ios::end //文件末尾
搭配函数 seekg() 使用
// 将读指针移动到文件开头
inFile.seekg(0, std::ios::beg);
// 将读指针移动到当前指针位置向后偏移5个字符的位置
inFile.seekg(5, std::ios::cur);
\(istream\) 与 \(ostream\)
这两是流的两种类型，是最基础的，一个是输入流，一个是输出流
重载运算符的时候就是用的这两
//笔者摆烂了，BF5见！
运算符重载
重载函数的两种形式
重载函数和其他函数一样都会存在访问权限问题！！！
友函数重载
class Grade{
friend ostream& operator<<(ostream& out,const Grade & P);
private:
int grade_Chnese,grade_program,grade_math;
Grade(int a,int b,int c,bool OP):grade_Chnese(a),grade_program(b),grade_math(c){
if(OP) cout<<"insert grade succesfully!\n";
}
Grade(){}
};
ostream& operator <<(ostream & OUTT,const Cnt & b){
OUTT<<b.cnt<<endl;
return OUTT;
}
注： 在友函数重载中，两个参数分别代表左右操作符（其实也可以不用加 friend 如果不用访问 private 和 protected 的话）
成员函数重载
class Grade{
public:
Grade operator + (const Grade& A) const{
return Grade(A.grade_Chnese+grade_Chnese,A.grade_program+grade_program,A.grade_math+grade_math,0);
}
}
注： 在成员函数重载中对象本身会作为左操作数，参数作为右操作数
运算符重载实例
注： + - * / > < >= <= == 都比较简单，参考结构体重构一样的
注： 建议在定义参数时使用常变量+引用，防止意外的更改以及加快速度
左移右移符号（输入输出流操作符）
由于在左移右移符号中，对象始终处于右操作数，所以只可以使用友函数的方法
class Grade{
friend ostream& operator<<(ostream& out,const Grade & P);
friend class People;
private:
int grade_Chnese,grade_program,grade_math;
Grade(int a,int b,int c,bool OP):grade_Chnese(a),grade_program(b),grade_math(c){
if(OP) cout<<"insert grade succesfully!\n";
}
Grade(){}
public:
Grade operator + (const Grade& A) const{
return Grade(A.grade_Chnese+this->grade_Chnese,A.grade_program+this->grade_program,A.grade_math+this->grade_math,0);
}
};
ostream& operator<<(ostream& Gut,const Grade & P){
Gut<<P.grade_Chnese<<" "<<P.grade_program<<" "<<P.grade_math<<endl;
return Gut;
}
自增自减符号
class Cnt{
public:
double cnt;
Cnt(long double a=0){cnt=a;}
Cnt& operator ++(){
(this->cnt)+=1;
return *this;
}//先修改，后返回引用
Cnt operator ++(int){//这个int用于占位，是C++编译器用于区分这两个重载的标志，无实际意义！！
Cnt a=*this;
cnt+=1;
return a;
}//先返回值，后修改
};
继承
继承的基本概念：
- 基类（Base Class）：被继承的类，提供共有的属性和方法。
- 派生类（Derived Class）：从基类继承的类，可以重用基类的成员，并且可以扩展或修改这些成员。
继承的类型
-
公有继承（Public Inheritance）：
- 最常用的继承方式，表示派生类“是一个”基类的特殊类型。
- 基类的公有成员在派生类中保持公有，基类的保护成员在派生类中保持保护。
-
基类的私有成员不能直接访问。
class Base { public: int pubValue; protected: int protValue; private: int privValue;
};
class Derived : public Base {
public:
void accessMembers() {
pubValue = 1; // 可以访问公有成员
protValue = 2; // 可以访问保护成员
// privValue = 3; // 不能访问私有成员
}
};
2. **保护继承（Protected Inheritance）**：
- 基类的公有和保护成员在派生类中都变成保护成员。
- 不允许外部代码通过派生类访问这些成员，但派生类内部可以访问。
```cpp
class Derived : protected Base {
public:
void accessMembers() {
pubValue = 1; // 可以访问公有成员（现在是保护成员）
protValue = 2; // 可以访问保护成员
// privValue = 3; // 不能访问私有成员
}
};
```
3. **私有继承（Private Inheritance）**：
- 基类的公有和保护成员在派生类中都变成私有成员。
- 外部代码不能通过派生类访问这些成员，但派生类内部可以访问。
```cpp
class Derived : private Base {
public:
void accessMembers() {
pubValue = 1; // 可以访问公有成员（现在是私有成员）
protValue = 2; // 可以访问保护成员
// privValue = 3; // 不能访问私有成员
}
};
注意： 虽然说基类 private 的成员是无法在派生类中被调用的，但是实际上他是被继承过来了的，只是被编译器隐藏了。
继承的特点
-
构造函数和析构函数：
- 派生类的构造函数会调用基类的构造函数。基类的构造函数先执行，派生类的构造函数后执行。
- 派生类的析构函数会调用基类的析构函数。派生类的析构函数先执行，基类的析构函数后执行。
class Base {
public:
Base() { std::cout << "Base Constructor\n"; }
virtual ~Base() { std::cout << "Base Destructor\n"; }
};
class Derived : public Base {
public:
Derived() { std::cout << "Derived Constructor\n"; }
~Derived() { std::cout << "Derived Destructor\n"; }
};
如果你想向基类的构造函数中输入参数，可以用以下方式：
```C++
class People{
public:
string Name;
People(){cout<<"creat a people\n";}
People(const string& name,const string& id,const string& phone_num):Name(name),ID(id),Phone_num(phone_num){cout<<"creat a new people\n";}
protected:
string ID;
string Phone_num;
};
class Student: public People{
public:
Student(){cout<<"creat a new student\n";}
Student(const string& name,const string& id,const string& phone_num):
People(name,id,phone_num){//在这里，使用参数列表的方式注入参数
cout<<"creat a new student\n";
}
};
这样写是不对的：
class People{
public:
string Name;
People(){cout<<"creat a people\n";}
People(const string& name,const string& id,const string& phone_num):Name(name),ID(id),Phone_num(phone_num){cout<<"creat a new people\n";}
protected:
string ID;
string Phone_num;
};
class Student: public People{
public:
Student(){cout<<"creat a new student\n";}
Student(const string& name,const string& id,const string& phone_num):
People::Name(name),People::ID(id),People::Phone_num(phone_num){
cout<<"creat a new student\n";
}
};
-
变量名冲突:
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
class People{ public: string Name; People(){cout<<"creat a people\n";} People(const string& name,const string& id,const string& phone_num):Name(name),ID(id),Phone_num(phone_num){cout<<"creat a new people\n";} void Print(); protected: string ID; string Phone_num; }; class Student: public People{ public: string ID; Student(){cout<<"creat a new student\n";} Student(const string& name,const string& id,const string& phone_num,const string & IDD):People(name,id,phone_num),ID(IDD){ cout<<"creat a new student\n"; } void OKK(){ cout<<People::ID<<" "<<ID<<endl;//这里，加入作用域就ok啦 } }; -
虚继承：
- 用于解决菱形继承（钻石继承）问题，确保基类只被初始化一次。
- 通过在基类前加上
virtual关键字来声明虚继承。
class Base { public: int value; }; class Derived1 : virtual public Base {}; class Derived2 : virtual public Base {}; class Final : public Derived1, public Derived2 {};//在Final 类中就只会有一个 Base::value 避免了冗余和二义性 -
多重继承：
- C++支持一个类从多个基类继承。这种方式允许一个类同时继承多个类的功能，但需要小心避免命名冲突和不一致的问题。
class A { public: void funcA() {} }; class B { public: void funcB() {} }; class C : public A, public B { public: void funcC() {} };
使用继承的注意事项
- 继承的正确性：确保使用继承关系能够表达类之间的实际关系，避免使用继承来简单地复用代码。
- 封装性：使用保护或私有继承可以减少对基类实现细节的依赖。
- 多态性：利用虚函数（virtual functions）和动态绑定（dynamic binding）来实现运行时多态。
继承是C++的一个强大特性，但合理地使用它对于维护代码的可读性和可维护性是非常重要的。
多态
C++中的多态主要有两种类型：
- 编译时多态（静态多态）
- 运行时多态（动态多态）
编译时多态（静态多态）
编译时多态发生在编译阶段，主要通过函数重载（Function Overloading）和运算符重载（Operator Overloading）来实现。
运行时多态（动态多态）
虚函数：在基类中声明为virtual的成员函数，允许派生类重写，并在运行时通过基类指针或引用调用派生类的实现。
class Base {
public:
virtual void show() const {
std::cout << "Base class show function" << std::endl;
}
virtual ~Base() {} // 虚析构函数，确保正确释放派生类资源
};
class Derived : public Base {
public:
void show() const override { // 重写基类的 show 函数
std::cout << "Derived class show function" << std::endl;
}
};
这里 override 表示这是一个重写的函数，如果是 override final 指明派生类中某个虚函数不仅是重写了基类的虚函数，而且不允许进一步重写
在基类中也可以采用纯虚函数的写法
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（就是无法声明出对象）
- 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
\(Attention:\)
当派生类的成员占据了堆的空间时（就是派生类是被 new 函数弄个出来的时候），基类的析构函数必须虚函数（纯虚函数也OK），不然会导致在 delete 派生对象时，只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数，导致出现内存泄漏。
#include <iostream>
//Wrong
class Base {
public:
Base() { std::cout << "Base constructor\n"; }
~Base() { std::cout << "Base destructor\n"; } // 非虚析构函数
};
class Derived : public Base {
public:
Derived() { std::cout << "Derived constructor\n"; }
~Derived() { std::cout << "Derived destructor\n"; }
};
int main() {
Base* basePtr = new Derived();
delete basePtr; // 只调用 Base 的析构函数
return 0;
}
#include <iostream>
//corect
class Base {
public:
Base() { std::cout << "Base constructor\n"; }
virtual ~Base() { std::cout << "Base destructor\n"; } // 虚析构函数
};
class Derived : public Base {
public:
Derived() { std::cout << "Derived constructor\n"; }
~Derived() { std::cout << "Derived destructor\n"; }
};
int main() {
Base* basePtr = new Derived();
delete basePtr; // 现在会调用 Derived 的析构函数，然后调用 Base 的析构函数
return 0;
}
