C++基础（2）
C++核心编程（面向对象编程）
1、内存分区模型
C++程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域：
- 代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理的。
- 全局区：存放全局变量和静态变量以及常量。
- 栈区：由编译器自动分配和释放，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，程序结束时由系统回收.
1.1 程序运行前
在程序编译后，生成了exe可执行程序，未执行该程序前分为两个区域
代码区：
存放CPU执行的机器指令。
代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可。
代码区是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令。
全局区：
全局变量和静态变量（static关键字）存放在此。
全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量（const修饰的全局变量：全局常量）也存放在此。
该区域的数据在程序结束后由操作系统释放。
注：局部变量、const修改的局部变量（局部常量）不在全局区中，
全局变量：函数体外的变量。
局部变量：函数体内的变量。
静态变量：在普通变量前面加static，属于静态变量。
常量：字符串常量（(int)&"hello world"）、const修饰的变量
总结：
- C++中在程序运行前分为全局区和代码区。
- 代码区特点是共享和只读
- 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
- 常量区中存放const修饰的全局常量和字符串常量
1.2 程序运行后
栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等。
栈区数据注意事项---不要返回局部变量的地址
栈区的数据由编译器管理开辟和释放
函数体内的局部变量，形参数据存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后自动释放
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。
例：int *p = new int(10);
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。
例：int * p = new int(10); int * arr = new int[10];
释放堆区数组(要加中括号[])：delete[] arr;
2. 引用
2.1 引用的基本使用
作用：给变量起别名。
语法：数据类型 &别名 = 原名
例：int a = 10; int &b=a;
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
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。
值传递：形参不会修饰实参。
地址传递：形参会修饰实参。
引用传递：形参会修饰实参的。
总结：通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单。
2.4 引用做函数返回值
作用：引用是可以作为函数的返回值存在的。
注意：不要返回局部变量引用
用法：函数调用作为左值。（test02()）
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（指针的指向不可以改，指针的值可以改）。
结论：C++推荐使用引用技术，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。
// 加上const之后，编译器将代码修改为 int temp = 10; const int & ref = temp;
const int & ref = 10; // 引用必须引一块合法的内存空间。
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）{ }
注：（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。
（2）如果函数声明有默认参数，函数实现就不能有默认参数。（声明和实现只能有一个默认参数）
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）{ }
占位参数还可以有默认参数。
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：（1）同一个作用域下（全局作用域，main函数以外）；
（2）函数名称相同；
（3）函数参数类型不同或者个数不同或者顺序不同。
注：函数的返回值不可以作为函数重载的条件。
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，出现二义性，报错，避免这种情况。
4. 类和对象
C++面向对象的三大特性为：封装、继承、多态。
C++认为万事万物都皆为对象，对象上有其属性和行为。
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，我们可以抽象为类，人属于人类，车属于车类
4.1 封装
封装是C++面向对象三大特性之一。
封装的意义：（1）将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物。
（2）将属性和行为加以权限控制。
封装意义一：
在设计类的时候，属性和行为写在一起，表现事物。
语法： class 类名{ 访问权限： 属性/ 行为 }；
类中的属性和行为统称为成员，属性（成员属性、成员变量），行为（成员函数、成员方法）
封装意义二：
类在设计时，可以把属性和行为放在不同的权限下，加以控制
访问权限有三种：
1. public 公共权限： 成员 类内可以访问，类外可以访问；
2. protected 保护权限：成员 类内可以访问，类外不可以访问 子类也可以访问父类中的保护内容；
3. private 私有权限 成员 类内可以访问，类外不可以访问 子类不可以访问父类中的私有内容。
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。
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。
优点2：对于写权限，我们可以检测数据的有效性。
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，在某一天我们不同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例解决上述问题，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，无需手动调用。（进行初始化操作）
- 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。（进行清理的操作）
构造函数语法：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. 程序在调用对象时候会自动调用构造，无需手动调用，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，无需手动调用，而且只会调用一次
4.2.2 构造函数的分类和调用
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
注：调用默认构造函数时候，不要加（），如Person p1()，编译器会认为是一个函数的声明，不会认为在创建对象。
Person(10) 匿名对象，特点：当前行执行结束后，系统会立即回收掉匿名对象。
不要利用拷贝构造函数来初始化匿名对象。
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。
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，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
4.2.5 深拷贝和浅拷贝
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
注：浅拷贝带来的问题就是堆区的内存重复释放。浅拷贝的问题要利用深拷贝进行解决。（如果属性有在堆区开辟的，要自己提供拷贝构造函数）
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）...{ }
例：Person(int a, int b, int c): m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}
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：
class A {} class B { A a; }
B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？
（当其他类对象作为本类成员，构造时候先构造类对象，再构造自身；析构的顺序与构造相反）
4.2.8 静态成员
静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员
静态成员分为：
静态成员变量--- 所有对象共享同一份数据
在编译阶段分配内存
类内声明，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
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
空对象占用内存空间为1个字节，C++编译器会给每个空对象也分配一个字节空间，是为了区分空对象占内存的位置。
每个空对象也应该有一个独一无二的内存地址。
非静态成员变量属于类的对象上，静态成员变量不属于类对象上，非静态成员函数不属于类对象上，静态成员函数不属于类的对象上。
4.3.2 this指针概念
通过4.3.1我们知道在C++中成员变量和成员函数是分开存储的
每一个非静态成员函数只会诞生一份函数实例，也就是说多个同类型的对象会功用一块代码
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
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。
4.3.4 const修饰成员函数
常函数：
- 成员函数后加const后我们称这个函数为常函数。
- 常函数内不可以修改成员属性。
- 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。
this指针的本质是指针常量，指针的指向是不可以修改的。
在成员函数后面加const，修饰的是this指针，让指针指向的值也不可以修改。
特殊变量，即使在常函数中，也可以修改这个值，加关键字mutable
4.4 友元
在程序里，有些私有属性也想让类外特殊的一些函数或者类进行访问，就需要用到友元的技术。
友元的目的就是让一个函数或者类访问另一个类中私有成员。
友元的关键字为friend.
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
4.5 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
作用：实现两个自定义数据类型相加的运算。
（1）成员函数重载+号
（2）全局函数重载+号
总结：对于内置的数据类型的表达式的运算符是不可能改变的；不要滥用运算符重载。
4.5.2 左移运算符重载
作用：可以输出自定义数据类型。
总结：重载左移运算符配合友元可以实现输出自定义数据类型。
4.5.3 递增运算符重载
作用：通过重载递增运算符，实现自己的整型数据。
总结：前置递增返回引用，后置递增返回值。
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。
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。
4.5.6 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，因此成为仿函数
仿函数没有固定写法，非常灵活。
4.6 继承
继承是面向对象三大特性之一
有些类与类之间存在特殊的关系，下级别的成员除了拥有上一级的共性，还有自己的特性。
继承的好处：减少重复代码。
语法： class 子类：继承方式 父类 例： class A: public B;
子类也成为派生类，父类也成为基类。
派生类中的成员，包含两大部分：
一类是从基类继承过来的，一类是自己增加的成员。
从基类继承过来的表现其共性，而新增的成员体现了其个性。
4.6.2 继承方式
继承方式一共有三种：公共继承、保护继承、私有继承
父类中的公共权限成员到子类中依然是公共权限；
父类中的保护权限成员到子类中依然是保护权限；
父类中的私有权限成员子类访问不到。
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？
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，是被编译器给隐藏了，因此是访问不到，但是确实被继承下去了。
利用开发人员命令提示工具查看对象模型：
- 跳转盘符 cd 具体路径下
- 查看命名
- cl /d1 reportSingleClassLayout类名 文件名
结论：父类中私有成员也是被子类继承下去了，只是由编译器给隐藏最后访问不到。
4.6.4 继承中构造和析构顺序
子类继承父类后，当创建子类对象，也会调用父类的构造函数。
问题：父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后？
先构造父类，再构造子类。析构的顺序与构造的顺序相反。
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，访问到子类或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
如果子类中出现和父类同名的成员函数，子类的同名成员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。
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
例： Son::Base::m_A 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
子类出现和父类同名静态成员函数，也会隐藏父类中所有同名成员函数
如果想访问父类中被隐藏同名成员，需要加作用域。
总结：同名静态成员处理方式和非静态处理方式一样，只不过有两种访问的方式（通过对象和通过类名）
4.6.7 多继承语法
C++允许一个类继承多个类
语法：class 子类：继承方式 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
4.6.8 菱形继承
菱形继承概念：
两个派生类继承同一个基类
又有某个类同时继承这两个派生类
这种继承被称为菱形继承，或者钻石继承
利用虚继承可以解决菱形继承的问题，继承之前加上关键字 virtual变为虚继承
vbptr(虚基类指针)
4.7 多态
4.7.1 多态的基本概念
多态是C++面向对象三大特性之一。
多态分为两类：
- 静态多态：函数重载和运算符重载属于静态多态，复用函数名。
- 动态多态：派生类和虚函数实现运行时多态。
静态多态和动态多态的区别：
- 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
动态多态满足条件：
1. 有继承关系；
2. 子类重写父类的虚函数。
动态多态使用：
父类的指针或者引用指向子类对象。
vfptr (v - virtual; f - function; ptr - pointer)虚函数指针
vftable (虚函数表)
当子类重写父类的虚函数，子类中的虚函数表内部会替换成子类的虚函数地址。
当父类的指针或者引用指向子类对象时候，发生多态。
4.7.2 多态案例
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
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，这个类也成为抽象类。
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。
4.7.4 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：
- 可以解决父类指针地方子类对象
- 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；
类名::~类名（）{}
总结：
1. 虚析构或纯虚析构就是用来解决父类指针释放子类对象；
2. 如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构；
3. 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类。
5. 文件操作
程序运行时产生的数据都属于临时数据，程序一旦运行结束都会被释放。
通过文件可以将数据持久化
C++中对文件操作需要包含头文件<fstream>
文件类型分为两种：
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：文件打开方式可以配合使用，利用|操作符。例：用二进制方式写文件 ios::binary | ios::out
总结：
- 文件操作必须包含头文件fstream
- 读文件可以利用ofstream,或者fstream类
- 打开文件时候需要指定操作文件的路径以及打开方式
- 利用<<可以向文件中写数据
- 操作完毕，要关闭文件。
5.1.2 读文件
读文件与写文件步骤相似，但是读取方式相对比较多。
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）；
if(!ifs.is_open())
4. 读数据 四种方式读取；
// 第一种 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 char c; while ( (c = ifs.get()) != EOF ) // EOF end of file { cout << c; }
5. 关闭文件 ifs.close()；
总结：
- 读文件可以利用ifstream，或者fstream类
- 利用is_open函数可以判断文件是否打开成功
- close关闭文件
5.2 二进制文件
以二进制的方式对文件进行读写操作
打开方式要指定为ios::binary
5.2.1 写文件
二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write
函数原型： ostream& write(const char * buffer, int len);
参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数。
5.2.2 读文件
二进制方式读文件主要利用刘对象调用成员函数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。
