C++程序设计1（侯捷video 7-13）（big three、stack heap、new delete、内存分配、static、模板、namespace、复合、委托、虚函数、重载覆盖改写、设计模式）

一、Big three（拷贝构造、拷贝赋值、析构函数）（video7）

Big three指三个特殊函数，分别是拷贝构造函数、拷贝赋值和析构函数。

什么时候需要拷贝构造、拷贝赋值、析构函数：

　　当类中的数据是指针时，例如string类中保存字符串使用char *，那么就不能直接使用编译器给的默认Big three。因为默认的函数是按字节拷贝的，这样拷贝后的对象中的指针指向的位置和被拷贝的对象一样，这样不是真正的拷贝。

class mystring {
public:
    //普通构造函数
    mystring(const char* chr = 0);
    //拷贝构造函数
    mystring(const mystring& mstr);
    //析构函数
    ~mystring();

    //拷贝赋值
    mystring& operator = (const mystring& mstr) {
        //检测是否为自我赋值
        if (this == &mstr) {
            return *this;
        }
        //先将已有的空间释放，否则会内存泄漏
        delete[] mychar;
        //创建新的空间，大小和mstr.mychar指向空间一样大
        mychar = new char[strlen(mstr.mychar) + 1];
        //赋值内容
        strcpy(mychar, mstr.mychar);
        //返回等号左边的mystring对象，以防连续赋值
        return *this;
    }
private:
    //变量是指针，必须实现拷贝赋值和拷贝构造
    char * mychar;

};

inline mystring::mystring(const char* chr) {
    //判断传入的指针是否为空（或默认为空）
    if (chr) {
        //如果不为空，则按chr的大小分配空间，并让mychar指向该空间
        mychar = new char[strlen(chr) + 1];
        //将chr的数据复制到mychar指向的空间中
        strcpy(mychar, chr);
    //如果指针为空
    }else {
        //创建一个大小为1的空间
        mychar = new char[1];
        //只保存一个\0
        *mychar = '\0';
    }
}
inline mystring::mystring(const mystring& mstr) {
    //分配一个和mstr.mychar字符串一样大的空间，并让mychar指向该空间
    mychar = new char[strlen(mstr.mychar) + 1];
    //将内容复制到mychar指向的空间中
    strcpy(mychar, mstr.mychar);
}
inline mystring::~mystring() {
    //当对象生命周期要结束的时候，必须清理内存（堆空间），否则会内存泄漏
    delete[] mychar;
}

在上述代码中，拷贝构造函数做的事情实际上是深拷贝，而默认的拷贝构造函数做的事情是浅拷贝（只复制mstr.mychar指针的4byte到mychar中）。如下图所示：

代码中，以下部分非常重要：

//检测是否为自我赋值
if (this == &mstr) {
    return *this;
}

如果this和mstr是同一个对象，那么如果没有自我赋值的检测，可能会导致程序出错。

因为我们在拷贝数据之前，第一步就是先delete[] mychar，那么也就是删除了mstr.mychar指向的空间。

第二步我们要参照mstr.mychar指向空间的大小来开辟空间就会出问题，更别提复制其中的内容。

所以，自我赋值检测非常重要。

二、为mystring类添加<<重载函数（video7）

//定义成员方法，获取mychar指针，不修改数据，加上const
inline char * mystring::get_c_str() const {
    return this->mychar;
}
//重载操作符<<，使可以直接cout<<mystring_obj;
inline ostream& operator << (ostream& os, const mystring& mstr) {
    os << mstr.get_c_str();
    return os;
}

三、stack和heap（video8）

Stack栈：存在于某个作用域（scope）的一块内存空间。例如当调用函数，函数本身即会形成一个stack用来放置它所接受的参数，以及返回地址。

Heap堆：是指由操作系统提供的一块global内存空间，程序可动态分配从中获得若干块（blocks）。当使用完毕后，有责任主动去释放这块内存。

//存在一个类（忽略定义）
class Complex {};

//Global Object，存在于全局作用域，直到程序结束
Complex c4(1.0, 2.0);
//某个作用域，例如某个函数内部
{
    //Stack Object，出作用域时自动清理，也叫Auto Object
    Complex c1(1.0,2.0);
    //c2指向的对象存在于heap堆中，叫Heap Object
    Complex * c2 = new Complex(1.0, 2.0);
    //static Object，出作用域该对象仍然存在，直到程序结束
    static Complex c3(1.0, 2.0);

    delete c2;
}

上述代码中：

c1对象是放在stack中的（c1中如果存在指针指向的空间，那么那块空间还是在堆里，但在c1生命周期完结的时候，有析构函数去释放他们）。

c2指针指向的对象是放在堆空间的，new关键字表示在堆空间中分配地址存在对象。该作用域的栈中只存放了c2这个指针（4 bytes）。记得使用完后在作用域内使用delete p;释放空间，否则会内存泄漏。

c3叫静态对象，该对象存在直到程序结束。

c4叫全局对象，该对象是在所有local scope外定义（全局作用域），存在直到程序结束。

四、new和delete关键字的工作流程（video8）

new的流程：

Complex * px = new Complex(1, 2);

编译器自动转化为以下操作：

Complex * px; //栈中分配一个指针空间

void *mem = operator new (sizeof(Complex)); //堆中分配空间，底层使用的是C语言的malloc(n)
pc = static_cast<Complex*>(mem); //将void*转型为Complex*
pc->Complex::Complex(1, 2); //调用构造函数相当于Complex::Complex(pc,1,2)  pc表示this指针

简单介绍static_cast：static_cast<new_type>(expression)和C语言的类型强转是一样的。他们的区别一句话总结：static_cast在编译时会进行类型检查，而强制转换不会。

delete的流程：

mystring *ps = new mystring("hello");
delete ps;

编译器自动转化为以下操作：

mystring::~mystring(); //先调用析构函数，将对象中指针变量指向的空间释放掉
operator delete(ps); //然后再释放自己所占的堆空间，底层调用的是C的free(ps)

使用delete释放空间时遵循层次释放，如果对象里存在指向其他对象的指针（甚至多层嵌套），那么delete必须从最里层开始调，逐级释放内存。

五、VC当中的内存分配（video8）

假设我们要new一个Complex对象，该对象大小为8bytes。在Debug和Release模式下，内存分配是不同的。

注：仅限new的情况下。

Debug（左）Release（右）模式下：

        

浅绿色：Complex对象所占实际空间，大小为8bytes。

上下砖红色：各4bytes，一共8bytes。是cookie，用来保存总分配内存大小，以及标志是给出去还是收回来。例如00000041，该数为16进制，4表示64，即总分配内存大小为64,1表示给出去（0表示收回来）。

灰色：Debug模式下使用的额外空间，前面32bytes，后面1bytes，一共36bytes。

深绿色：内存分配大小必须是16的倍数（这样砖红色部分里的数字最后都是0，可以用来借位表示给出去还是收回来），所以用了12byte的填充（padding）。

同样，String对象的空间分配，如图：（左Debug，右Release）

        

六、数组的内存分配（video8）

//使用new分配数组空间
char * m_data = new char[strlen(cstr) + 1];
//使用delete[]来释放数据空间
delete[] m_data;

对数组的空间分配，new叫做Array new，delete[]叫做Array delete。这两个要搭配使用，否则会出错。

注：仅限new的情况下。

Debug（左）Release（右）模式下，数组空间的分配：

        

灰色：即3个Complex对象的大小，每个是8bytes，一共24bytes。

深绿色：填充为16的倍数。

前后白色：51表示80bytes，“给出去”。

黄色：Debug模式额外占用空间。

中间白色：用一个整数表示数组中对象个数。

Array new必须搭配Array delete使用，不然会有以下后果（内存泄漏）：

使用Array delete，操作系统才知道，我要释放的是一个数组，那么会根据数组中元素的个数分别调用元素对象的析构函数，确保所有元素对象内部所指向的内存空间完全释放。然后再通过free来释放数组本身。

七、static静态关键字（video10）

前面所实例中，没有涉及static关键字。对象的属性会存放在每个对象相应的位置，也就是说，有几个对象，数据就有几份。但是类中的成员方法只有一份，那么不同的对象在调用一个成员方法的时候，是通过以下步骤来分别处理自己的数据的：

Complex c1, c2, c3;
//c1,c2,c3分别调用real()来返回实部的值
cout << c1.real() << endl;
cout << c2.real() << endl;
cout << c3.real() << endl;

相当于以下伪代码：

Complex c1, c2, c3;
cout << Complex::real(&c1); //this == &c1
cout << Complex::real(&c2); //this == &c2
cout << Complex::real(&c3); //this == &c3

即，谁调用real()成员方法，谁就是this指针指向的对象。以此来分别处理自己的数据。

当成员属性或成员方法前面加上static关键字，那么该属性或方法就和对象脱离了。

静态属性和一般的成员属性不同，一般的成员属性是每个对象各有一份，而静态数据一共只有一份，例如一个类叫账户，有100W个人来开户，每个人是一个账户对象，里面的金额等是普通属性，每个账户中都有这个属性。但是利率则应该是静态属性，全局只有一份，因为每个人的存款利率应该是一致的。

静态方法和一般成员方法是一样的，也只有一份。但是静态方法的不同点是，静态方法没有this指针。静态方法只能操作静态属性。

class Account{
public:
    //m_rate的声明
    static double m_rate;
    static void set_rate(const double r) {
        m_rate = r;
    }
};
//m_rate的定义
double Account::m_rate = 0.89;

使用：

//第一种调用方式，使用类名直接调用
cout << Account::m_rate << endl;
//第二种调用方式，使用对象来调用
Account a;
a.set_rate(0.50);
cout << a.m_rate << endl;

八、利用static实现单例模式（Singleton）（video10）

class A {
public:
    //对外接口，获取实例（该实例是唯一的）
    static A& getInstance();
    //任意函数，供单例对象调用
    void setup() { cout << "here is A.setup" << endl; }
private:
    //构造函数放在private下，外部无法直接使用构造函数实例化对象
    A(){}
    //用于保存那唯一的一份对象
    static A a;
};

A& A::getInstance() {
    //第一次调用时，产生静态的成员属性A a
    static A a;
    //返回
    return a;
}

使用：

A& p = A::getInstance();
p.setup();

 

九、模板（video10）

类模板：

//创建模板T
template<typename T>
class Complex {
public:
    Complex(T r=0,T i=0):re(r),im(i){}
    
    Complex& operator += (const Complex&);
    T real() const { return re; }
    T imag() const { return im; }
    
private:
    T re;
    T im;

    friend Complex& __doapl(Complex*, const Complex&);
};

使用：

{
    //当使用double类型时，编译器会将Complex类定义中的T全部替换为double，产生一份代码
    Complex<double> c1(1.0, 2.2);
    //当使用int时，全部替换为int，又产生一份代码
    Complex<int> c2(4, 5);
}

但是，为不同的类型产生不同的代码是必要的，并不是缺点。因为如果手工去按类型定义类的话，同样是多份代码。

函数模板：

当我们设计一个函数可以对多种类型的数据使用时，例如：

template<class T>
inline T& min(T& a,T& b){
    return a < b ? a : b;
}

函数模板在调用时无需使用<type>来指定，因为要使用函数模板，一定是调用函数，那么就会传实参，编译器就会进行实参推导。

函数模板和类模板是相同的，template中使用的typename和class也是相通的，可以替换使用。

十、命名空间namespace（video10）

namespace主要用来解决对人协调工作时的命名冲突问题。相当于把自己的代码包装一层，别人使用的时候可以以以下三种方式使用，我们以std为例：

//将命名空间std全部打开
using namespace std;
int main() {
    //直接使用其中的方法
    cin << ...;
    cout << ...;
}

//按需打开，指定拿出的方法
using std::cout;
int main() {
    //未指定的需要使用std::来使用
    std::cin << ...;
    cout << ...;
}

//完全使用std::func_name来使用
int main() {
    std::cin << ...;
    std::cout << ...;
}

如何创建namespace：

//直接将代码包含在namespace leo内部
namespace leo {

    class Account {
    public:
        //m_rate的声明
        static double m_rate;
        static void set_rate(const double r) {
            m_rate = r;
        }
    };
    //m_rate的定义
    double Account::m_rate = 0.89;
}

 

面向对象编程、面向对象设计

类与类之间的三种关系：复合、集成、委托。

十一、复合Composition（video11）

复合表示has-a。即A类里有B类的对象（非指针）。

复合的图形表示，及构造和析构顺序：

如下代码所示：

class Person {
public:
    Person() {
        printf("Class Person 构造\n");
    }
    ~Person() {
        printf("Class Person 析构\n");
    }
    void say() {
        printf("Hello");
    }
};

class Family {
public:
    Family() {
        printf("Class Family 构造\n");
    }
    ~Family() {
        printf("Class Family 析构\n");
    }
    Person& getPerson() {
        return p;
    }
private:
    //Family中存在Person对象p
    Person p;
};

Family类中，存在一个Person对象。那么在初始化Family对象的时候，会根据上图里的先后顺序来构建对象。

void test() {
    Family f;
}

int main() {
    test();
    return 0;
}

打印的内容：

Class Person 构造
Class Family 构造
Class Family 析构
Class Person 析构

所以，我们可以看出，在定义Family对象f时，先调用的是Person的构造函数，然后再调用Family的构造函数，是一个由内而外的过程。

而在test()函数结束时，f对象的生命周期完结，是先调用了Family的析构函数，然后再调用Person的析构函数，是一个由外而内的过程。

十二、委托Delegation（video11）

委托表示A类里有B类的对象的指针。委托也可以叫 “ 基于引用的复合（Composition by reference）”。

当A拥有B对象的指针，那么在任何时间都可以通过指针来调用B对象做事情，所以叫做委托。

设计模式：Handle/Body

委托可以引申出一种非常出名的设计模式，叫Handle/Body，或叫Pointer to Implementation。即A为对外接口，B为具体实现，A中接口的操作全部调用B来完成，这样的好处就是A可以一直不变，B可以随意改变，甚至可以有多个不同的B实现方式。

委托的图形表示为：

一个典型的例子：

上图中有abc三个A类（假设是String类）的对象，三个对象中的rep指针可以指向同一个B对象（实际存放字符串的类对象），假设abc是互相复制得来的，那么abc中存放的字符串应该是一样的，那么我们就可以在B中实现reference counting，即引用计数，只需要一个B对象，就可以支撑abc三个A的对象，但前提是都不对字符串内容给进行修改。这样就可以节省内存空间。

当其中一个对象，例如a，要对字符串进行修改，那么可以单独再创建一个B对象给a单独修改，然后先前的B对象就从abc三个对象共享变为bc两个对象共享。这种操作叫做“Copy on write”。

十三、继承Inheritance（video11）

继承的图形表示为：（T表示使用了模板，未使用则去掉T）

继承（public继承）传达的逻辑是is-a，表示“是一种”。例如B继承A，则说明B是A的一种。

代码如下：

struct _List_node_base
{
    _List_node_base* _M_next;
    _List_node_base* _M_prev;
};

template<typename _Tp>
//_List_node继承_List_node_base(public方式继承)
struct _List_node : public _List_node_base
{
    _Tp _M_data
};

 

继承，相当于子类中包含了父类的成分（具体包含了多少，主要看继承的方式，public、protected、private）。

class Female {
public:
    Female() { printf("Class Female 构造\n"); }
    ~Female() { printf("Class Female 析构\n"); }
};

class Girl : public Female {
public:
    Girl() { printf("Class Girl 构造\n"); }
    ~Girl() { printf("Class Girl 析构\n"); }
};

void test() {
    Girl();
}

int main() {
    test();
    return 0;
}

打印结果：

Class Female 构造
Class Girl 构造
Class Girl 析构
Class Female 析构

在构建子类对象时，要先构建其内部的父类成分，所以要先调用父类的default构造函数，再调用自己的构造函数，由内而外。

在销毁子类对象时，要先析构自己，再析构父类对象，由外而内。

注意：父类的析构函数必须是virtual的。否则会出现undefined behavior。所以，在设计类的时候，如果一个类设计为父类，则析构函数就设计为虚拟函数，或者一个类以后有可能成为父类，那么也可以设计为虚拟析构函数。

十四、虚函数 Virtual function（video12）

子类继承父类的时候，在public继承方式下，子类继承了所有父类的数据（成员属性），而且还继承了所有父类的函数调用权（只是调用的权利，函数还是只有父类的那一份）。

父类方法分为三类：

1.non-virtual函数：不希望子类（派生类derived class）重新定义（override，覆盖）它。override这个概念不能乱用，只有当子类重新定义基类同名虚函数时，才叫override。

2.virtual函数：希望派生类去重新定义这个函数，而且已经对其有一个默认定义（默认实现）。

3.pure virtual函数：希望派生类一定要重新定义这个函数，因为现在完全没有定义它（无默认定义）。

class Shape {
public:
    //纯虚函数，用virtual function = 0的形式
    virtual void drow() const = 0;
    //虚函数，应该有定义（可以是inline的，也可以在外部定义）
    virtual void error(const std::string& msg);
    //非虚函数，即普通函数
    int objectID() const;

    //Todo...
};

inline void Shape::error(const std::string& msg) {
    cout << msg << endl;
}
inline int Shape::objectID() const {
    printf("Function objectID\n");
    return 0;
}

//定义一个长方形类，public继承Shape
class Rectangle :public Shape {
public:
    Rectangle() {}
    //实现drow()，这是必须实现的
    void drow() const {
        printf("Rectangle Drow\n");
    }
    //override error()，实现子类的个性化操作
    void error(const string& msg) {
        cout << "Rect " << msg << endl;
    }
};

其中Shape类不能直接实例化对象，因为其中包含drow()方法，这是一个纯虚函数，必须由子类来override。

所以我们要使用这个类的话，只能创建一个子类来继承他，然后覆写（override）他的所有纯虚方法，一般的虚函数（非纯虚）可以根据需求决定是否覆盖。

十五*、overload override overwrite的区别（video12）

参考来自：https://www.cnblogs.com/kuliuheng/p/4107012.html 感谢VictoKu

1. Overload（重载）

　重载的概念最好理解，在同一个类声明范围中，定义了多个名称完全相同、参数（类型或者个数）不相同的函数，就称之为Overload（重载）。重载的特征如下：

（1）相同的范围（在同一个类中）；
（2）函数名字相同；
（3）参数不同；
（4）virtual 关键字可有可无。

2. Override（覆盖）

　覆盖的概念其实是用来实现C++多态性的，即子类重新改写父类声明为virtual的函数。Override（覆盖）的特征如下：

（1）不同的范围（分别位于派生类与基类）；
（2）函数名字相同；
（3）参数列表完全相同；
（4）基类函数必须有virtual 关键字。

3. Overwrite（改写）

　改写是指派生类的函数屏蔽（或者称之为“隐藏”）了与其同名的基类函数。正是这个C++的隐藏规则使得问题的复杂性陡然增加，这里面分为两种情况讨论：

（1）如果派生类的函数与基类的函数同名，但是参数不同。那么此时，不论有无virtual关键字，基类的函数将被隐藏（注意别与重载混淆）。
（2）如果派生类的函数与基类的函数同名，并且参数也相同，但是基类函数没有virtual关键字。那么此时，基类的函数被隐藏（注意别与覆盖混淆）。

十六*、设计模式Template Method（video12）

用虚函数和继承，实现一个非常有名的设计模式，叫Template Method。

假设，我们要打开文件，并读取里面的内容，那么对于不同的文件，我们其实有很多步骤是相同的，例如找到文件目录，选中文件，打开文件，关闭文件等。但是可能我们有一个动作可能是各不相同的，例如读取其中的内容（各种文件内容格式不同，需要的处理也不同）。那么我们可以以下图中的做法：

步骤：

1.在父类CDocument中，实现共同的方法，例如OpenFile、CloseFile等。

2.CDocument中，将读文件内容的方法Serialize设计为虚函数或纯虚函数。

3.CMyDoc继承CDocument，实现Serialize()。

4.使用子类CMyDoc调用父类方法OnFileOpen()，按图中灰色曲线的顺序来调用内部函数。

这样就实现了关键功能的延迟实现，对于做应用架构（Application framework）的人来说，可以在1年前写好CDocument类，将这个架构卖给其他人，然后再由购买方自己来实现CMyDoc类。这就是典型的Template Method。

为什么会有灰色曲线的调用过程：

1.当子类myDoc调用OnFileOpen()的时候，实际上对于编译器是CDocument::OnFileOpen(&myDoc);因为谁调用，this指针就指向谁，所以调用这个函数，myDoc的地址被传进去了。

2.当OnFileOpen()函数运行到Serilize()的时候，实际上是运行的this->Serialize()；由于this指向的是myDoc，所以调用的是子类的Serilize()函数。

代码示例：

class CDocument {
public:
    void OnFileOpen() {
        cout << "dialog..." << endl;
        cout << "check file status..." << endl;
        cout << "open file..." << endl;
        Serialize();
        cout << "close file..." << endl;
        cout << "update status..." << endl;
    }
    //父类的虚函数，当然这里是纯虚函数也是可以的，virtual void Serialize() = 0
    virtual void Serialize() {}
};

class CMyDoc :public CDocument {
public:
    //这里实现了父类的虚函数Serialize()
    virtual void Serialize() {
        cout << "MyDoc Serialize..." << endl;
    }
};

调用：

#include "CDocument.h"

int main() {
    CMyDoc mc;
    mc.OnFileOpen();
    return 0;
}

输出：

dialog...
check file status...
open file...
MyDoc Serialize...
close file...
update status...

十七*、继承+委托的模式（video12）

假设我们要做一个类似PPT的多窗口功能，即多个窗口观察同一份数据，例如多窗口画图。也可以是不同类型的窗口（例如，数字、图标、饼图、直方图等）来观察同一份数据。

我们的数据设计在类Subject中，窗口（观察者）设计为Observer，这是一个父类，可以被继承（即可以支持派生出不同类型的观察者）。

用如下代码来实现：

//数据类
class Subject {
private:
    int m_value;
    //保存观察者指针（相当于开的窗口指针）
    vector<Observer*> m_views;
public:
    //添加观察者
    void attach(Observer* obs) {
        m_views.push_back(obs);
    }
    void set_value(int value) {
        m_value = value;
        notify();
    }
    void notify() {
        //通知所有的观察者，数据有更新
        for (int i = 0;i < m_views.size();++i) {
            m_views[i]->update(this, m_value);
        }
    }
};
//观察者基类
class Observer {
public:
    //纯虚函数，提供给不同的实际观察者类来实现不同的特性
    virtual void update(Subject*, int value) = 0;
};

用图形来描述：

十八*、Composite设计模式（组合模式）（video13）

　　在计算机文件系统中，有文件夹的概念，文件夹里面既可以放入文件也可以放入文件夹，但是文件中却不能放入任何东西。文件夹和文件构成了一种递归结构和容器结构。
　　虽然文件夹和文件是不同的对象，但是他们都可以被放入到文件夹里，所以一定意义上，文件夹和文件又可以看作是同一种类型的对象，所以我们可以把文件夹和文件统称为目录条目（directory entry）。在这个视角下，文件和文件夹是同一种对象。
　　所以，我们可以将文件夹和文件都看作是目录的条目，将容器和内容作为同一种东西看待，可以方便我们递归的处理问题，在容器中既可以放入容器，又可以放入内容，然后在小容器中，又可以继续放入容器和内容，这样就构成了容器结构和递归结构。
　　这就引出了composite模式，也就是组合模式，组合模式就是用于创造出这样的容器结构的。是容器和内容具有一致性，可以进行递归操作。

图中Primitive代表基本的东西，即文件。Composite代表合成物，即文件夹。Component表示目录条目。

Primitive和Composite都是一种Component，而Composite中可以存放其他的Composite和Primitive，所以Composite中的Vector存放的类型时Component指针，也就包含了Primitive和Composite两种对象的指针。

代码框架如下：

//一个比较抽象的类，相当于目录条目
class Component {

    int value;
public:
    Component(int val) :value(val){}
    virtual void add(Component*) {}
};
//相当于 文件类
class Primitive {
public:
    Primitive(int val):Component(val){}
};
//相当于 文件夹类
class Composite {
    vector<Component*> c;
public:
    Composite(int val) :Component(val){}

    void add(Component* elem) {
        c.push_back(elem);
    }
};

具体关于文件文件夹实例可以参照：https://www.jianshu.com/p/685dd6299d96 感谢：六尺帐篷

十九*、Prototype模式 原型模式（video13）

设计应用架构时，并不知道以后实现的子类名称，但有要提供给Client调用子类的功能怎么办？

例如十年前设计的架构，子类在十年后继承父类并实现功能。Client只能调用架构中的父类，如何通过父类调用到不知道名字的子类对象。使用Prototype模式：

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

//可能是十年前写的框架，我们不知道子类的名字，但又希望通过该基类来产生子类对象
class Prototype {
    //用于保存子类对象的指针（让子类自己上报）
    static vector<Prototype *> vec;
public:
    //纯虚函数clone，让以后继承的子类来实现，也是获取子类对象的关键
    virtual Prototype* clone() = 0;
    //子类上报自己模板用的方法
    static void addPrototype(Prototype* se) {
        vec.push_back(se);
    }
    //利用该基类在vec中查找子类模板，并且通过模板来克隆更多的子类对象
    static Prototype* findAndClone(int idx) {
        return vec[idx]->clone();
    }

    //子类实现自己操作的函数，hello()只是个例子
    virtual void hello() const = 0;
};
//定义静态vector，很重要，class定义中只是声明
vector<Prototype *> Prototype::vec;

//十年后实现的子类，继承了Prototype
class ConcreatePrototype : public Prototype{
public:
    //用于在Prototype.findAndClone()中克隆子类对象用
    Prototype * clone() {
        //使用另一个构造函数，为了区分创建静态对象的构造函数，添加了一个无用的int参数
        return new ConcreatePrototype(1);
    }

    //子类实现的具体操作
    void hello() const {
        cout << "hello" << endl;
    }

private:
    //静态属性，自己创建自己，并上报给父类Prototype
    static ConcreatePrototype se;
    //上报静态属性给父类
    ConcreatePrototype() {
        addPrototype(this);
    }
    //clone时用的构造方法，参数a无用，只是用来区分两个构造方法
    ConcreatePrototype(int a) {}
};
//定义静态属性，很重要，有了这句，才会创建静态子类对象se
ConcreatePrototype ConcreatePrototype::se;

步骤：

1.子类继承Prototype父类，定义静态属性的时候，自己创建一个自己的对象，此时调用的是无参数的构造函数。并将创建好的自己的指针通过addPrototype(this)上传给基类的vector容器保存。

2.基类定义好的纯虚函数clone()，由子类实现，并在其中通过另一个构造函数产生对象并返回。

3.在Client端，使用基类的findAndClone()，获取vector中的子类对象模板的指针，来调用子类对象的clone功能，返回一个新的子类对象，调用多次则可创建多个对象供用户使用。

4.创建出的子类对象可以调用在子类中实现的hello()方法，进行想要的操作。

Prototype* p = Prototype::findAndClone(0);
p->hello();