C++基础知识（http://c.biancheng.net/view/2188.html）
目录
1、c到c++
1.1 学习C++之前要先学习C语言吗？
1.2 C++类和对象到底是什么意思？
1.3 如何编译和运行C++程序？
1.4 C++命名空间（名字空间）详解
1.5 C++头文件和std命名空间（精辟）
1.6 C++输入输出（cin和cout）
1.7 C++变量的定义位置
1.8 C++布尔类型（bool）
1.9 C++ new和delete运算符简介
1.10 C++函数的默认参数详解
1.11 C++函数重载详解
2、 类和对象
2.1 C++类的定义和对象的创建详解
2.2 C++类的成员变量和成员函数详解
2.3 C++类成员的访问权限以及类的封装
2.4 C++构造函数详解
2.5 C++构造函数初始化列表
2.6 C++析构函数详解
2.7 C++ this指针详解（精辟）
2.8 C++ static静态成员变量详解
2.9 C++ static静态成员函数详解
2.10 C++ const成员变量和成员函数（常成员函数）
2.11 C++ const对象（常对象）
2.12 C++ class和struct到底有什么区别
2.13 C++ string详解，C++字符串详解
2.14 C++类和对象的总结，拿去做笔记吧
3 C++引用精讲，C++ &用法全面剖析
4 C++继承与派生
4.1 C++继承和派生简明教程
4.2 C++三种继承方式
4.3 C++继承时的名字遮蔽问题
4.4 C++基类和派生类的构造函数
4.5 C++基类和派生类的析构函数
4.6 C++将派生类赋值给基类（向上转型）
5 文件操作
5.1 计算机文件到底是什么（通俗易懂）？
5.2 C++文件类（文件流类）有哪些？
5.3 C++ open 打开文件（含打开模式一览表）
5.3 C++文本文件的读取和写入
5.4 C++二进制文件的读取和写入（精华版）
5.6 C++移动和获取文件读写指针（seekp、seekg、tellg、tellp）
5.7 文件的文本打开方式和二进制打开方式的区别
6 C++多态与虚函数
6.1 C++多态和虚函数快速入门教程
6.2 C++虚函数注意事项以及构成多态的条件
7、重载
7.1 C++运算符重载基础教程
7.2 C++运算符重载时要遵循的规则
7.3 C++重载数学运算符（实例演示）
7.4 C++重载>>和<<（输入和输出运算符）详解
7.5 C++重载[]（下标运算符）详解
7.6 C++重载++和--（自增和自减运算符）详解
7.7 C++重载new和delete运算符详解
7.8 C++重载()（强制类型转换运算符）
7.9 C++运算符重载注意事项以及汇总
8 模版
8.1 C++函数模板5分钟入门教程
8.2 C++类模板5分钟入门教程
9、拓展知识
9.1 C/C++ 32个关键词，9条语句，34个运算符
9.2 数据结构之哈希（hash）表
1、c到c++
1.1 学习C++之前要先学习C语言吗？
C++ 读作“C加加”，是“C Plus Plus”的简称。顾名思义，C++ 是在C语言的基础上增加新特性，玩出了新花样，所以叫“C Plus Plus”，就像 iPhone 7S 和 iPhone 7、Win10 和 Win7 的关系。
从语法上看，C语言是 C++ 的一部分，C语言代码几乎不用修改就能够以 C++ 的方式编译，这给很多初学者带来了不小的困惑，学习 C++ 之前到底要不要先学习C语言呢？
我对这个问题保持中立，但是初学者直接学习 C++ 会非常吃力，Hold 不住，尤其是对计算机内存不太理解的情况下，C++ 是学不懂的。C++ 是一门灵活多变、特性丰富的语言，同时也意味着比较复杂，不易掌握。
不过可以明确地说：学了C语言就相当于学了 C++ 的一半，从C语言转向 C++ 时，不需要再从头开始，接着C语言往下学就可以，所以我强烈建议先学C语言再学 C++。
现在看来，C++ 和C语言虽然是两门独立的语言，但是它们却有着扯也扯不清的关系。
早期并没有“C++”这个名字，而是叫做“带类的C”。“带类的C”是作为C语言的一个扩展和补充出现的，它增加了很多新的语法，目的是提高开发效率，如果你有 Java Web 开发经验，那么你可以将它们的关系与 Servlet 和 JSP 的关系类比。
这个时期的 C++ 非常粗糙，仅支持简单的面向对象编程，也没有自己的编译器，而是通过一个预处理程序（名字叫 cfront），先将 C++ 代码”翻译“为C语言代码，再通过C语言编译器合成最终的程序。
随着 C++ 的流行，它的语法也越来越强大，已经能够很完善的支持面向过程编程、面向对象编程（OOP）和泛型编程，几乎成了一门独立的语言，拥有了自己的编译方式。
我们很难说 C++ 拥有独立的编译器，例如 Windows 下的微软编译器（cl.exe）、Linux 下的 GCC 编译器、Mac 下的 Clang 编译器（已经是 Xcode 默认编译器，雄心勃勃，立志超越 GCC），它们都同时支持C语言和 C++，统称为 C/C++ 编译器。对于C语言代码，它们按照C语言的方式来编译；对于 C++ 代码，就按照 C++ 的方式编译。
从表面上看，C、C++ 代码使用同一个编译器来编译，所以上面我们说“后期的 C++ 拥有了自己的编译方式”，而没有说“C++ 拥有了独立的编译器”
1.2 C++类和对象到底是什么意思？
C++ 是一门面向对象的编程语言，理解 C++，首先要理解类（Class）和对象（Object）这两个概念。
C++ 中的类（Class）可以看做C语言中结构体（Struct）的升级版。结构体是一种构造类型，可以包含若干成员变量，每个成员变量的类型可以不同；可以通过结构体来定义结构体变量，每个变量拥有相同的性质
C++ 中的类也是一种构造类型，但是进行了一些扩展，类的成员不但可以是变量，还可以是函数；通过类定义出来的变量也有特定的称呼，叫做“对象”
C语言中的 struct 只能包含变量，而 C++ 中的 class 除了可以包含变量，还可以包含函数
结构体和类都可以看做一种由用户自己定义的复杂数据类型，在C语言中可以通过结构体名来定义变量，在 C++ 中可以通过类名来定义变量。不同的是，通过结构体定义出来的变量还是叫变量，而通过类定义出来的变量有了新的名称，叫做对象（Object）。
1.3 如何编译和运行C++程序？
C++ 和C语言类似，也要经过编译和链接后才能运行。在《C语言编译器》专题中我们讲到了 VS、Dev C++、VC 6.0、Code::Blocks、C-Free、GCC、Xcode 等常见 IDE 或编译器，它们除了可以运行C语言程序，还可以运行 C++ 程序，步骤是一样的，这里不再赘述，读者需要留意的是 C++ 源文件的后缀，以及 GCC 中的g++命令。
C++源文件的后缀
C语言源文件的后缀非常统一，在不同的编译器下都是.c。C++ 源文件的后缀则有些混乱，不同的编译器支持不同的后缀，下表是一个简单的汇总：
1.4 C++命名空间（名字空间）详解
一个中大型软件往往由多名程序员共同开发，会使用大量的变量和函数，不可避免地会出现变量或函数的命名冲突。当所有人的代码都测试通过，没有问题时，将它们结合到一起就有可能会出现命名冲突。
例如小李和小韩都参与了一个文件管理系统的开发，它们都定义了一个全局变量 fp，用来指明当前打开的文件，将他们的代码整合在一起编译时，很明显编译器会提示 fp 重复定义（Redefinition）错误。
为了解决合作开发时的命名冲突问题，C++ 引入了命名空间（Namespace）的概念。
namespace Li{ //小李的变量定义
FILE fp = NULL;
}
namespace Han{ //小韩的变量定义
FILE fp = NULL
}小李与小韩各自定义了以自己姓氏为名的命名空间，此时再将他们的 fp 变量放在一起编译就不会有任何问题。
namespace 是C++中的关键字，用来定义一个命名空间，语法格式为：
namespace name{
//variables, functions, classes
} name是命名空间的名字，它里面可以包含变量、函数、类、typedef、#define 等，最后由{ }包围。
使用变量、函数时要指明它们所在的命名空间。以上面的 fp 变量为例，可以这样来使用：
Li::fp = fopen("one.txt", "r"); //使用小李定义的变量 fp
Han::fp = fopen("two.txt", "rb+"); //使用小韩定义的变量 fp ::是一个新符号，称为域解析操作符，在C++中用来指明要使用的命名空间。
using Li::fp;
fp = fopen("one.txt", "r"); //使用小李定义的变量 fp
Han :: fp = fopen("two.txt", "rb+"); //使用小韩定义的变量 fp 在代码的开头用using声明了 Li::fp，它的意思是，using 声明以后的程序中如果出现了未指明命名空间的 fp，就使用 Li::fp；但是若要使用小韩定义的 fp，仍然需要 Han::fp。
using 声明不仅可以针对命名空间中的一个变量，也可以用于声明整个命名空间，例如：
using namespace Li;
fp = fopen("one.txt", "r"); //使用小李定义的变量 fp
Han::fp = fopen("two.txt", "rb+"); //使用小韩定义的变量 fp 如果命名空间 Li 中还定义了其他的变量，那么同样具有 fp 变量的效果。在 using 声明后，如果有未具体指定命名空间的变量产生了命名冲突，那么默认采用命名空间 Li 中的变量。
命名空间内部不仅可以声明或定义变量，对于其它能在命名空间以外声明或定义的名称，同样也都能在命名空间内部进行声明或定义，例如类、函数、typedef、#define 等都可以出现在命名空间中。
站在编译和链接的角度，代码中出现的变量名、函数名、类名等都是一种符号（Symbol）。有的符号可以指代一个内存位置，例如变量名、函数名；有的符号仅仅是一个新的名称，例如 typedef 定义的类型别名。
1.5 C++头文件和std命名空间（精辟）
C++ 是在C语言的基础上开发的，早期的 C++ 还不完善，不支持命名空间，没有自己的编译器，而是将 C++ 代码翻译成C代码，再通过C编译器完成编译。这个时候的 C++ 仍然在使用C语言的库，stdio.h、stdlib.h、string.h 等头文件依然有效；此外 C++ 也开发了一些新的库，增加了自己的头文件，例如：
iostream.h：用于控制台输入输出头文件。
fstream.h：用于文件操作的头文件。
complex.h：用于复数计算的头文件。 和C语言一样，C++ 头文件仍然以.h为后缀，它们所包含的类、函数、宏等都是全局范围的。
后来 C++ 引入了命名空间的概念，计划重新编写库，将类、函数、宏等都统一纳入一个命名空间，这个命名空间的名字就是std。std 是 standard 的缩写，意思是“标准命名空间”。
但是这时已经有很多用老式 C++ 开发的程序了，它们的代码中并没有使用命名空间，直接修改原来的库会带来一个很严重的后果：程序员会因为不愿花费大量时间修改老式代码而极力反抗，拒绝使用新标准的 C++ 代码。
C++ 开发人员想了一个好办法，保留原来的库和头文件，它们在 C++ 中可以继续使用，然后再把原来的库复制一份，在此基础上稍加修改，把类、函数、宏等纳入命名空间 std 下，就成了新版 C++ 标准库。这样共存在了两份功能相似的库，使用了老式 C++ 的程序可以继续使用原来的库，新开发的程序可以使用新版的 C++ 库。
为了避免头文件重名，新版 C++ 库也对头文件的命名做了调整，去掉了后缀.h，所以老式 C++ 的iostream.h变成了iostream，fstream.h变成了fstream。而对于原来C语言的头文件，也采用同样的方法，但在每个名字前还要添加一个c字母，所以C语言的stdio.h变成了cstdio，stdlib.h变成了cstdlib。
需要注意的是，旧的 C++ 头文件是官方所反对使用的，已明确提出不再支持，但旧的C头文件仍然可以使用，以保持对C的兼容性。实际上，编译器开发商不会停止对客户现有软件提供支持，可以预计，旧的 C++ 头文件在未来数年内还是会被支持。
下面是我总结的 C++ 头文件的现状：
1) 旧的 C++ 头文件，如 iostream.h、fstream.h 等将会继续被支持，尽管它们不在官方标准中。这些头文件的内容不在命名空间 std 中。
2) 新的 C++ 头文件，如 iostream、fstream 等包含的基本功能和对应的旧版头文件相似，但头文件的内容在命名空间 std 中。 3) 标准C头文件如 stdio.h、stdlib.h 等继续被支持。头文件的内容不在 std 中。
4) 具有C库功能的新C++头文件具有如 cstdio、cstdlib 这样的名字。它们提供的内容和相应的旧的C头文件相同，只是内容在 std 中。
可以发现，对于不带.h的头文件，所有的符号都位于命名空间 std 中，使用时需要声明命名空间 std；对于带.h的头文件，没有使用任何命名空间，所有符号都位于全局作用域。这也是 C++ 标准所规定的。
1.6 C++输入输出（cin和cout）
在C语言中，我们通常会使用 scanf 和 printf 来对数据进行输入输出操作。在C++语言中，C语言的这一套输入输出库我们仍然能使用，但是 C++ 又增加了一套新的、更容易使用的输入输出库。
C++ 中的输入与输出可以看做是一连串的数据流，输入即可视为从文件或键盘中输入程序中的一串数据流，而输出则可以视为从程序中输出一连串的数据流到显示屏或文件中。
在编写 C++ 程序时，如果需要使用输入输出时，则需要包含头文件iostream，它包含了用于输入输出的对象，例如常见的cin表示标准输入、cout表示标准输出、cerr表示标准错误。
cout 和 cin 都是 C++ 的内置对象，而不是关键字。C++ 库定义了大量的类（Class），程序员可以使用它们来创建对象，cout 和 cin 就分别是 ostream 和 istream 类的对象，只不过它们是由标准库的开发者提前创建好的，可以直接拿来使用。这种在 C++ 中提前创建好的对象称为内置对象。
使用 cout 进行输出时需要紧跟<<运算符，使用 cin 进行输入时需要紧跟>>运算符，这两个运算符可以自行分析所处理的数据类型，因此无需像使用 scanf 和 printf 那样给出格式控制字符串。
1.7 C++变量的定义位置
C++ 不但在C语言的基础上进行了很多扩展，而且也对C语言部分做了细节上的改进，变量的定义位置就是其中之一。
C89 规定，所有局部变量都必须定义在函数开头，在定义好变量之前不能有其他的执行语句。C99 标准取消这这条限制，但是 VC/VS 对 C99 的支持很不积极，仍然要求变量定义在函数开头。
C89 和 C99 是两套不同的C语言标准，C99 是 C89 的升级版
注意源文件的后缀，.c是C语言代码，.cpp是C++代码，它们的编译方式不同。
1.8 C++布尔类型（bool）
在C语言中，关系运算和逻辑运算的结果有两种，真和假：0 表示假，非 0 表示真
C语言并没有彻底从语法上支持“真”和“假”，只是用 0 和非 0 来代表。这点在 C++ 中得到了改善，C++ 新增了 bool 类型（布尔类型），它一般占用 1 个字节长度。bool 类型只有两个取值，true 和 false：true 表示“真”，false 表示“假”。
1.9 C++ new和delete运算符简介
在C语言中，动态分配内存用 malloc() 函数，释放内存用 free() 函数
int *p = (int*) malloc( sizeof(int) * 10 ); //分配10个int型的内存空间
free(p); //释放内存在C++中，这两个函数仍然可以使用，但是C++又新增了两个关键字，new 和 delete：new 用来动态分配内存，delete 用来释放内存。
int *p = new int; //分配1个int型的内存空间
delete p; //释放内存new 操作符会根据后面的数据类型来推断所需空间的大小。如果希望分配一组连续的数据，可以使用 new[]：
int *p = new int[10]; //分配10个int型的内存空间
delete[] p; 用 new[] 分配的内存需要用 delete[] 释放，它们是一一对应的。
和 malloc() 一样，new 也是在堆区分配内存，必须手动释放，否则只能等到程序运行结束由操作系统回收。为了避免内存泄露，通常 new 和 delete、new[] 和 delete[] 操作符应该成对出现，并且不要和C语言中 malloc()、free() 一起混用。
在C++中，建议使用 new 和 delete 来管理内存，它们可以使用C++的一些新特性，最明显的是可以自动调用构造函数和析构函数，后续我们将会讲解。
1.10 C++函数的默认参数详解
在C++中，定义函数时可以给形参指定一个默认的值，这样调用函数时如果没有给这个形参赋值（没有对应的实参），那么就使用这个默认的值。也就是说，调用函数时可以省略有默认值的参数。如果用户指定了参数的值，那么就使用用户指定的值，否则使用参数的默认值。
C++规定，默认参数只能放在形参列表的最后，而且一旦为某个形参指定了默认值，那么它后面的所有形参都必须有默认值。实参和形参的传值是从左到右依次匹配的，默认参数的连续性是保证正确传参的前提。
1.11 C++函数重载详解
在实际开发中，有时候我们需要实现几个功能类似的函数，只是有些细节不同。例如希望交换两个变量的值，这两个变量有多种类型，可以是 int、float、char、bool 等，我们需要通过参数把变量的地址传入函数内部。在C语言中，程序员往往需要分别设计出三个不同名的函数，其函数原型与下面类似：
void swap1(int *a, int *b); //交换 int 变量的值
void swap2(float *a, float *b); //交换 float 变量的值
void swap3(char *a, char *b); //交换 char 变量的值
void swap4(bool *a, bool *b); //交换 bool 变量的值但在C++中，这完全没有必要。C++ 允许多个函数拥有相同的名字，只要它们的参数列表不同就可以，这就是函数的重载（Function Overloading）。借助重载，一个函数名可以有多种用途。参数列表又叫参数签名，包括参数的类型、参数的个数和参数的顺序，只要有一个不同就叫做参数列表不同。
重载就是在一个作用范围内（同一个类、同一个命名空间等）有多个名称相同但参数不同的函数。重载的结果是让一个函数名拥有了多种用途，使得命名更加方便（在中大型项目中，给变量、函数、类起名字是一件让人苦恼的问题），调用更加灵活。
在使用重载函数时，同名函数的功能应当相同或相近，不要用同一函数名去实现完全不相干的功能，虽然程序也能运行，但可读性不好，使人觉得莫名其妙。
注意，参数列表不同包括参数的个数不同、类型不同或顺序不同，仅仅参数名称不同是不可以的。函数返回值也不能作为重载的依据。
函数的重载的规则：
- 函数名称必须相同。
- 参数列表必须不同（个数不同、类型不同、参数排列顺序不同等）。
- 函数的返回类型可以相同也可以不相同。
- 仅仅返回类型不同不足以成为函数的重载。
C++ 是如何做到函数重载的
C++代码在编译时会根据参数列表对函数进行重命名，例如void Swap(int a, int b)会被重命名为_Swap_int_int，void Swap(float x, float y)会被重命名为_Swap_float_float。当发生函数调用时，编译器会根据传入的实参去逐个匹配，以选择对应的函数，如果匹配失败，编译器就会报错，这叫做重载决议（Overload Resolution）。
不同的编译器有不同的重命名方式，这里仅仅举例说明，实际情况可能并非如此。
从这个角度讲，函数重载仅仅是语法层面的，本质上它们还是不同的函数，占用不同的内存，入口地址也不一样。
2、 类和对象
2.1 C++类的定义和对象的创建详解
类是创建对象的模板，一个类可以创建多个对象，每个对象都是类类型的一个变量；创建对象的过程也叫类的实例化。每个对象都是类的一个具体实例（Instance），拥有类的成员变量和成员函数。
有些教程将类的成员变量称为类的属性（Property），将类的成员函数称为类的方法（Method）。在面向对象的编程语言中，经常把函数（Function）称为方法（Method）。
与结构体一样，类只是一种复杂数据类型的声明，不占用内存空间。而对象是类这种数据类型的一个变量，或者说是通过类这种数据类型创建出来的一份实实在在的数据，所以占用内存空间。
类的定义
类是用户自定义的类型，如果程序中要用到类，必须提前说明，或者使用已存在的类（别人写好的类、标准库中的类等），C++语法本身并不提供现成的类的名称、结构和内容。
一个简单的类的定义：
class Student{
public:
//成员变量
char *name;
int age;
float score;
//成员函数
void say(){
cout< class是 C++ 中新增的关键字，专门用来定义类。Student是类的名称；类名的首字母一般大写，以和其他的标识符区分开。{ }内部是类所包含的成员变量和成员函数，它们统称为类的成员（Member）；由{ }包围起来的部分有时也称为类体，和函数体的概念类似。public也是 C++ 的新增关键字，它只能用在类的定义中，表示类的成员变量或成员函数具有“公开”的访问权限，初学者请先忽略该关键字，我们将在《C++类成员的访问权限以及类的封装》中讲解。
注意在类定义的最后有一个分号
;，它是类定义的一部分，表示类定义结束了，不能省略。
整体上讲，上面的代码创建了一个 Student 类，它包含了 3 个成员变量和 1 个成员函数。
类只是一个模板（Template），编译后不占用内存空间，所以在定义类时不能对成员变量进行初始化，因为没有地方存储数据。只有在创建对象以后才会给成员变量分配内存，这个时候就可以赋值了。
类可以理解为一种新的数据类型，该数据类型的名称是 Student。与 char、int、float 等基本数据类型不同的是，Student 是一种复杂数据类型，可以包含基本类型，而且还有很多基本类型中没有的特性，以后大家会见到。
在栈上创建出来的对象都有一个名字，比如 stu，使用指针指向它不是必须的。但是通过 new 创建出来的对象就不一样了，它在堆上分配内存，没有名字，只能得到一个指向它的指针，所以必须使用一个指针变量来接收这个指针，否则以后再也无法找到这个对象了，更没有办法使用它。也就是说，使用 new 在堆上创建出来的对象是匿名的，没法直接使用，必须要用一个指针指向它，再借助指针来访问它的成员变量或成员函数。
栈内存是程序自动管理的，不能使用 delete 删除在栈上创建的对象；堆内存由程序员管理，对象使用完毕后可以通过 delete 删除。在实际开发中，new 和 delete 往往成对出现，以保证及时删除不再使用的对象，防止无用内存堆积。
2.2 C++类的成员变量和成员函数详解
类可以看做是一种数据类型，它类似于普通的数据类型，但是又有别于普通的数据类型。类这种数据类型是一个包含成员变量和成员函数的集合。
类的成员变量和普通变量一样，也有数据类型和名称，占用固定长度的内存。但是，在定义类的时候不能对成员变量赋值，因为类只是一种数据类型或者说是一种模板，本身不占用内存空间，而变量的值则需要内存来存储。
类的成员函数也和普通函数一样，都有返回值和参数列表，它与一般函数的区别是：成员函数是一个类的成员，出现在类体中，它的作用范围由类来决定；而普通函数是独立的，作用范围是全局的，或位于某个命名空间内。
但当成员函数定义在类外时，就必须在函数名前面加上类名予以限定。::被称为域解析符（也称作用域运算符或作用域限定符），用来连接类名和函数名，指明当前函数属于哪个类。
成员函数必须先在类体中作原型声明，然后在类外定义，也就是说类体的位置应在函数定义之前。
在类体中和类体外定义成员函数的区别
在类体中和类体外定义成员函数是有区别的：在类体中定义的成员函数会自动成为内联函数，在类体外定义的不会。当然，在类体内部定义的函数也可以加 inline 关键字，但这是多余的，因为类体内部定义的函数默认就是内联函数。
内联函数一般不是我们所期望的，它会将函数调用处用函数体替代，所以我建议在类体内部对成员函数作声明，而在类体外部进行定义，这是一种良好的编程习惯，实际开发中大家也是这样做的。
当然，如果你的函数比较短小，希望定义为内联函数，那也没有什么不妥的。
如果你既希望将函数定义在类体外部，又希望它是内联函数，那么可以在定义函数时加 inline 关键字。当然你也可以在函数声明处加 inline，不过这样做没有效果，编译器会忽略函数声明处的 inline，我们已在《如何规范地使用C++内联函数》中对这点进行了详细讲解。
2.3 C++类成员的访问权限以及类的封装
前面我们在定义类时多次使用到了 public 关键字，表示类的成员具有“公开”的访问权限，这节我们就来详细讲解。
C++通过 public、protected、private 三个关键字来控制成员变量和成员函数的访问权限，它们分别表示公有的、受保护的、私有的，被称为成员访问限定符。所谓访问权限，就是你能不能使用该类中的成员。
在类的内部（定义类的代码内部），无论成员被声明为 public、protected 还是 private，都是可以互相访问的，没有访问权限的限制。
在类的外部（定义类的代码之外），只能通过对象访问成员，并且通过对象只能访问 public 属性的成员，不能访问 private、protected 属性的成员。
类的声明和成员函数的定义都是类定义的一部分，在实际开发中，我们通常将类的声明放在头文件中，而将成员函数的定义放在源文件中。
#include
using namespace std;
//类的声明
class Student{
private: //私有的
char *m_name;
int m_age;
float m_score;
public: //共有的
void setname(char *name);
void setage(int age);
void setscore(float score);
void show();
};
//成员函数的定义
void Student::setname(char *name){
m_name = name;
}
void Student::setage(int age){
m_age = age;
}
void Student::setscore(float score){
m_score = score;
}
void Student::show(){
cout< setname("李华");
pstu -> setage(16);
pstu -> setscore(96);
pstu -> show();
return 0;
}
类中的成员变量 m_name、m_age 和m_ score 被设置成 private 属性，在类的外部不能通过对象访问。也就是说，私有成员变量和成员函数只能在类内部使用，在类外都是无效的。
成员函数 setname()、setage() 和 setscore() 被设置为 public 属性，是公有的，可以通过对象访问。
private 后面的成员都是私有的，直到有 public 出现才会变成共有的；public 之后再无其他限定符，所以 public 后面的成员都是共有的。
成员变量大都以m_开头，这是约定成俗的写法，不是语法规定的内容。以m_开头既可以一眼看出这是成员变量，又可以和成员函数中的形参名字区分开。
简单地谈类的封装
private 关键字的作用在于更好地隐藏类的内部实现，该向外暴露的接口（能通过对象访问的成员）都声明为 public，不希望外部知道、或者只在类内部使用的、或者对外部没有影响的成员，都建议声明为 private。
根据C++软件设计规范，实际项目开发中的成员变量以及只在类内部使用的成员函数（只被成员函数调用的成员函数）都建议声明为 private，而只将允许通过对象调用的成员函数声明为 public。
另外还有一个关键字 protected，声明为 protected 的成员在类外也不能通过对象访问， 但是在它的派生类内部可以访问，这点我们将在后续章节中介绍，现在你只需要知道 protected 属性的成员在类外无法访问即可。
有读者可能会提出疑问，将成员变量都声明为 private，如何给它们赋值呢，又如何读取它们的值呢？
我们可以额外添加两个 public 属性的成员函数，一个用来设置成员变量的值，一个用来修改成员变量的值。上面的代码中，setname()、setage()、setscore() 函数就用来设置成员变量的值；如果希望获取成员变量的值，可以再添加三个函数 getname()、getage()、getscore()。
给成员变量赋值的函数通常称为 set 函数，它们的名字通常以set开头，后跟成员变量的名字；读取成员变量的值的函数通常称为 get 函数，它们的名字通常以get开头，后跟成员变量的名字。
除了 set 函数和 get 函数，在创建对象时还可以调用构造函数来初始化各个成员变量，我们将在《C++构造函数》一节中展开讨论。不过构造函数只能给成员变量赋值一次，以后再修改还得借助 set 函数。
这种将成员变量声明为 private、将部分成员函数声明为 public 的做法体现了类的封装性。所谓封装，是指尽量隐藏类的内部实现，只向用户提供有用的成员函数。
有读者可能会说，额外添加 set 函数和 get 函数多麻烦，直接将成员变量设置为 public 多省事！确实，这样做 99.9% 的情况下都不是一种错误，我也不认为这样做有什么不妥；但是，将成员变量设置为 private 是一种软件设计规范，尤其是在大中型项目中，还是请大家尽量遵守这一原则。
对private和public的更多说明
声明为 private 的成员和声明为 public 的成员的次序任意，既可以先出现 private 部分，也可以先出现 public 部分。如果既不写 private 也不写 public，就默认为 private。
在一个类体中，private 和 public 可以分别出现多次。每个部分的有效范围到出现另一个访问限定符或类体结束时（最后一个右花括号）为止。但是为了使程序清晰，应该养成这样的习惯，使每一种成员访问限定符在类定义体中只出现一次。
2.4 C++构造函数详解
在C++中，有一种特殊的成员函数，它的名字和类名相同，没有返回值，不需要用户显式调用（用户也不能调用），而是在创建对象时自动执行。这种特殊的成员函数就是构造函数（Constructor）。
在《C++类成员的访问权限以及类的封装》一节中，我们通过成员函数 setname()、setage()、setscore() 分别为成员变量 name、age、score 赋值，这样做虽然有效，但显得有点麻烦。有了构造函数，我们就可以简化这项工作，在创建对象的同时为成员变量赋值，请看下面的代码（示例1）：
#include
using namespace std;
class Student{
private:
char *m_name;
int m_age;
float m_score;
public:
//声明构造函数
Student(char *name, int age, float score);
//声明普通成员函数
void show();
};
//定义构造函数
Student::Student(char *name, int age, float score){
m_name = name;
m_age = age;
m_score = score;
}
//定义普通成员函数
void Student::show(){
cout< show();
return 0;
} 该例在 Student 类中定义了一个构造函数Student(char *, int, float)，它的作用是给三个 private 属性的成员变量赋值。要想调用该构造函数，就得在创建对象的同时传递实参，并且实参由( )包围，和普通的函数调用非常类似。
在栈上创建对象时，实参位于对象名后面，例如Student stu("小明", 15, 92.5f)；在堆上创建对象时，实参位于类名后面，例如new Student("李华", 16, 96)。
构造函数必须是 public 属性的，否则创建对象时无法调用。当然，设置为 private、protected 属性也不会报错，但是没有意义。
构造函数没有返回值，因为没有变量来接收返回值，即使有也毫无用处，这意味着：
- 不管是声明还是定义，函数名前面都不能出现返回值类型，即使是 void 也不允许；
- 函数体中不能有 return 语句。
构造函数的重载
和普通成员函数一样，构造函数是允许重载的。一个类可以有多个重载的构造函数，创建对象时根据传递的实参来判断调用哪一个构造函数。
构造函数的调用是强制性的，一旦在类中定义了构造函数，那么创建对象时就一定要调用，不调用是错误的。如果有多个重载的构造函数，那么创建对象时提供的实参必须和其中的一个构造函数匹配；反过来说，创建对象时只有一个构造函数会被调用。
对示例1中的代码，如果写作Student stu或者new Student就是错误的，因为类中包含了构造函数，而创建对象时却没有调用。
构造函数在实际开发中会大量使用，它往往用来做一些初始化工作，例如对成员变量赋值、预先打开文件等。
默认构造函数
如果用户自己没有定义构造函数，那么编译器会自动生成一个默认的构造函数，只是这个构造函数的函数体是空的，也没有形参，也不执行任何操作。比如上面的 Student 类，默认生成的构造函数如下：
Student(){} 一个类必须有构造函数，要么用户自己定义，要么编译器自动生成。一旦用户自己定义了构造函数，不管有几个，也不管形参如何，编译器都不再自动生成。在示例1中，Student 类已经有了一个构造函数Student(char *, int, float)，也就是我们自己定义的，编译器不会再额外添加构造函数Student()，在示例2中我们才手动添加了该构造函数。
实际上编译器只有在必要的时候才会生成默认构造函数，而且它的函数体一般不为空。默认构造函数的目的是帮助编译器做初始化工作，而不是帮助程序员。这是C++的内部实现机制，这里不再深究，初学者可以按照上面说的“一定有一个空函数体的默认构造函数”来理解。
最后需要注意的一点是，调用没有参数的构造函数也可以省略括号。对于示例2的代码，在栈上创建对象可以写作Student stu()或Student stu，在堆上创建对象可以写作Student *pstu = new Student()或Student *pstu = new Student，它们都会调用构造函数 Student()。
以前我们就是这样做的，创建对象时都没有写括号，其实是调用了默认的构造函数。
2.5 C++构造函数初始化列表
构造函数的一项重要功能是对成员变量进行初始化，为了达到这个目的，可以在构造函数的函数体中对成员变量一一赋值，还可以采用初始化列表。
#include
using namespace std;
class Student{
private:
char *m_name;
int m_age;
float m_score;
public:
Student(char *name, int age, float score);
void show();
};
//采用初始化列表
Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){
//TODO:
}
void Student::show(){
cout< show();
return 0;
} 如本例所示，定义构造函数时并没有在函数体中对成员变量一一赋值，其函数体为空（当然也可以有其他语句），而是在函数首部与函数体之间添加了一个冒号:，后面紧跟m_name(name), m_age(age), m_score(score)语句，这个语句的意思相当于函数体内部的m_name = name; m_age = age; m_score = score;语句，也是赋值的意思。
使用构造函数初始化列表并没有效率上的优势，仅仅是书写方便，尤其是成员变量较多时，这种写法非常简单明了。
初始化列表可以用于全部成员变量，也可以只用于部分成员变量。下面的示例只对 m_name 使用初始化列表，其他成员变量还是一一赋值：
Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name){
m_age = age;
m_score = score;
}注意，成员变量的初始化顺序与初始化列表中列出的变量的顺序无关，它只与成员变量在类中声明的顺序有关，成员变量的赋值顺序由它们在类中的声明顺序决定
初始化 const 成员变量
构造函数初始化列表还有一个很重要的作用，那就是初始化 const 成员变量。初始化 const 成员变量的唯一方法就是使用初始化列表。例如 VS/VC 不支持变长数组（数组长度不能是变量），我们自己定义了一个 VLA 类，用于模拟变长数组
class VLA{
private:
const int m_len;
int *m_arr;
public:
VLA(int len);
};
//必须使用初始化列表来初始化 m_len
VLA::VLA(int len): m_len(len){
m_arr = new int[len];
}VLA 类包含了两个成员变量，m_len 和 m_arr 指针，需要注意的是 m_len 加了 const 修饰，只能使用初始化列表的方式赋值，如果写作下面的形式是错误的：
class VLA{
private:
const int m_len;
int *m_arr;
public:
VLA(int len);
};
VLA::VLA(int len){
m_len = len;
m_arr = new int[len];
}2.6 C++析构函数详解
创建对象时系统会自动调用构造函数进行初始化工作，同样，销毁对象时系统也会自动调用一个函数来进行清理工作，例如释放分配的内存、关闭打开的文件等，这个函数就是析构函数。
析构函数（Destructor）也是一种特殊的成员函数，没有返回值，不需要程序员显式调用（程序员也没法显式调用），而是在销毁对象时自动执行。构造函数的名字和类名相同，而析构函数的名字是在类名前面加一个~符号。
注意：析构函数没有参数，不能被重载，因此一个类只能有一个析构函数。如果用户没有定义，编译器会自动生成一个默认的析构函数。
上节我们定义了一个 VLA 类来模拟变长数组，它使用一个构造函数为数组分配内存，这些内存在数组被销毁后不会自动释放，所以非常有必要再添加一个析构函数，专门用来释放已经分配的内存。
#include
using namespace std;
class VLA{
public:
VLA(int len); //构造函数
~VLA(); //析构函数
public:
void input(); //从控制台输入数组元素
void show(); //显示数组元素
private:
int *at(int i); //获取第i个元素的指针
private:
const int m_len; //数组长度
int *m_arr; //数组指针
int *m_p; //指向数组第i个元素的指针
};
VLA::VLA(int len): m_len(len){ //使用初始化列表来给 m_len 赋值
if(len > 0){ m_arr = new int[len]; /*分配内存*/ }
else{ m_arr = NULL; }
}
VLA::~VLA(){
delete[] m_arr; //释放内存
}
void VLA::input(){
for(int i=0; m_p=at(i); i++){ cin>>*at(i); }
}
void VLA::show(){
for(int i=0; m_p=at(i); i++){
if(i == m_len - 1){ cout<<*at(i)<=m_len){ return NULL; }
else{ return m_arr + i; }
}
int main(){
//创建一个有n个元素的数组（对象）
int n;
cout<<"Input array length: ";
cin>>n;
VLA *parr = new VLA(n);
//输入数组元素
cout<<"Input "< input();
//输出数组元素
cout<<"Elements: ";
parr -> show();
//删除数组（对象）
delete parr;
return 0;
} ~VLA()就是 VLA 类的析构函数，它的唯一作用就是在删除对象（第 53 行代码）后释放已经分配的内存。
函数名是标识符的一种，原则上标识符的命名中不允许出现~符号，在析构函数的名字中出现的~可以认为是一种特殊情况，目的是为了和构造函数的名字加以对比和区分。
注意：at() 函数只在类的内部使用，所以将它声明为 private 属性；m_len 变量不允许修改，所以用 const 进行了限制，这样就只能使用初始化列表来进行赋值。
C++ 中的 new 和 delete 分别用来分配和释放内存，它们与C语言中 malloc()、free() 最大的一个不同之处在于：用 new 分配内存时会调用构造函数，用 delete 释放内存时会调用析构函数。构造函数和析构函数对于类来说是不可或缺的，所以在C++中我们非常鼓励使用 new 和 delete。
析构函数的执行时机
析构函数在对象被销毁时调用，而对象的销毁时机与它所在的内存区域有关。不了解内存分区的读者请阅读《C语言内存精讲》专题。
在所有函数之外创建的对象是全局对象，它和全局变量类似，位于内存分区中的全局数据区，程序在结束执行时会调用这些对象的析构函数。
在函数内部创建的对象是局部对象，它和局部变量类似，位于栈区，函数执行结束时会调用这些对象的析构函数。
new 创建的对象位于堆区，通过 delete 删除时才会调用析构函数；如果没有 delete，析构函数就不会被执行。
2.7 C++ this指针详解（精辟）
this 是 C++ 中的一个关键字，也是一个 const 指针，它指向当前对象，通过它可以访问当前对象的所有成员。所谓当前对象，是指正在使用的对象。例如对于stu.show();，stu 就是当前对象，this 就指向 stu。
#include
using namespace std;
class Student{
public:
void setname(char *name);
void setage(int age);
void setscore(float score);
void show();
private:
char *name;
int age;
float score;
};
void Student::setname(char *name){
this->name = name;
}
void Student::setage(int age){
this->age = age;
}
void Student::setscore(float score){
this->score = score;
}
void Student::show(){
cout<name<<"的年龄是"<age<<"，成绩是"<score< setname("李华");
pstu -> setage(16);
pstu -> setscore(96.5);
pstu -> show();
return 0;
} this 只能用在类的内部，通过 this 可以访问类的所有成员，包括 private、protected、public 属性的。
本例中成员函数的参数和成员变量重名，只能通过 this 区分。以成员函数setname(char *name)为例，它的形参是name，和成员变量name重名，如果写作name = name;这样的语句，就是给形参name赋值，而不是给成员变量name赋值。而写作this -> name = name;后，=左边的name就是成员变量，右边的name就是形参，一目了然。
注意，this 是一个指针，要用->来访问成员变量或成员函数。
this 虽然用在类的内部，但是只有在对象被创建以后才会给 this 赋值，并且这个赋值的过程是编译器自动完成的，不需要用户干预，用户也不能显式地给 this 赋值。本例中，this 的值和 pstu 的值是相同的。
几点注意：
- this 是 const 指针，它的值是不能被修改的，一切企图修改该指针的操作，如赋值、递增、递减等都是不允许的。
- this 只能在成员函数内部使用，用在其他地方没有意义，也是非法的。
- 只有当对象被创建后 this 才有意义，因此不能在 static 成员函数中使用（后续会讲到 static 成员）。
this 到底是什么
this 实际上是成员函数的一个形参，在调用成员函数时将对象的地址作为实参传递给 this。不过 this 这个形参是隐式的，它并不出现在代码中，而是在编译阶段由编译器默默地将它添加到参数列表中。
this 作为隐式形参，本质上是成员函数的局部变量，所以只能用在成员函数的内部，并且只有在通过对象调用成员函数时才给 this 赋值。
在《C++函数编译原理和成员函数的实现》一节中讲到，成员函数最终被编译成与对象无关的普通函数，除了成员变量，会丢失所有信息，所以编译时要在成员函数中添加一个额外的参数，把当前对象的首地址传入，以此来关联成员函数和成员变量。这个额外的参数，实际上就是 this，它是成员函数和成员变量关联的桥梁。
2.8 C++ static静态成员变量详解
对象的内存中包含了成员变量，不同的对象占用不同的内存（已在《C++对象的内存模型》中提到），这使得不同对象的成员变量相互独立，它们的值不受其他对象的影响。例如有两个相同类型的对象 a、b，它们都有一个成员变量 m_name，那么修改 a.m_name 的值不会影响 b.m_name 的值。
可是有时候我们希望在多个对象之间共享数据，对象 a 改变了某份数据后对象 b 可以检测到。共享数据的典型使用场景是计数，以前面的 Student 类为例，如果我们想知道班级中共有多少名学生，就可以设置一份共享的变量，每次创建对象时让该变量加 1。
在C++中，我们可以使用静态成员变量来实现多个对象共享数据的目标。静态成员变量是一种特殊的成员变量，它被关键字static修饰
class Student{
public:
Student(char *name, int age, float score);
void show();
public:
static int m_total; //静态成员变量
private:
char *m_name;
int m_age;
float m_score;
}; 这段代码声明了一个静态成员变量 m_total，用来统计学生的人数。
static 成员变量属于类，不属于某个具体的对象，即使创建多个对象，也只为 m_total 分配一份内存，所有对象使用的都是这份内存中的数据。当某个对象修改了 m_total，也会影响到其他对象。
static 成员变量必须在类声明的外部初始化，具体形式为：type class::name = value;
type 是变量的类型，class 是类名，name 是变量名，value 是初始值。将上面的 m_total 初始化：int Student::m_total = 0;初始化 const 成员变量的唯一方法就是在构造函数使用初始化列表
静态成员变量在初始化时不能再加 static，但必须要有数据类型。被 private、protected、public 修饰的静态成员变量都可以用这种方式初始化。
注意：static 成员变量的内存既不是在声明类时分配，也不是在创建对象时分配，而是在（类外）初始化时分配。反过来说，没有在类外初始化的 static 成员变量不能使用。
static 成员变量既可以通过对象来访问，也可以通过类来访问。
注意：static 成员变量不占用对象的内存，而是在所有对象之外开辟内存，即使不创建对象也可以访问。具体来说，static 成员变量和普通的 static 变量类似，都在内存分区中的全局数据区分配内存
几点说明
1) 一个类中可以有一个或多个静态成员变量，所有的对象都共享这些静态成员变量，都可以引用它。
2) static 成员变量和普通 static 变量一样，都在内存分区中的全局数据区分配内存，到程序结束时才释放。这就意味着，static 成员变量不随对象的创建而分配内存，也不随对象的销毁而释放内存。而普通成员变量在对象创建时分配内存，在对象销毁时释放内存。
3) 静态成员变量必须初始化，而且只能在类体外进行
初始化时可以赋初值，也可以不赋值。如果不赋值，那么会被默认初始化为 0。全局数据区的变量都有默认的初始值 0，而动态数据区（堆区、栈区）变量的默认值是不确定的，一般认为是垃圾值。
4) 静态成员变量既可以通过对象名访问，也可以通过类名访问，但要遵循 private、protected 和 public 关键字的访问权限限制。当通过对象名访问时，对于不同的对象，访问的是同一份内存。
2.9 C++ static静态成员函数详解
在类中，static 除了可以声明静态成员变量，还可以声明静态成员函数。普通成员函数可以访问所有成员（包括成员变量和成员函数），静态成员函数只能访问静态成员。
编译器在编译一个普通成员函数时，会隐式地增加一个形参 this，并把当前对象的地址赋值给 this，所以普通成员函数只能在创建对象后通过对象来调用，因为它需要当前对象的地址。而静态成员函数可以通过类来直接调用，编译器不会为它增加形参 this，它不需要当前对象的地址，所以不管有没有创建对象，都可以调用静态成员函数。
普通成员变量占用对象的内存，静态成员函数没有 this 指针，不知道指向哪个对象，无法访问对象的成员变量，也就是说静态成员函数不能访问普通成员变量，只能访问静态成员变量。
普通成员函数必须通过对象才能调用，而静态成员函数没有 this 指针，无法在函数体内部访问某个对象，所以不能调用普通成员函数，只能调用静态成员函数。
静态成员函数与普通成员函数的根本区别在于：普通成员函数有 this 指针，可以访问类中的任意成员；而静态成员函数没有 this 指针，只能访问静态成员（包括静态成员变量和静态成员函数）。
在C++中，静态成员函数的主要目的是访问静态成员。
和静态成员变量类似，静态成员函数在声明时要加 static，在定义时不能加 static。静态成员函数可以通过类来调用（一般都是这样做），也可以通过对象来调用，上例仅仅演示了如何通过类来调用。
2.10 C++ const成员变量和成员函数（常成员函数）
在类中，如果你不希望某些数据被修改，可以使用const关键字加以限定。const 可以用来修饰成员变量和成员函数。
const成员变量
const 成员变量的用法和普通 const 变量的用法相似，只需要在声明时加上 const 关键字。初始化 const 成员变量只有一种方法，就是通过构造函数的初始化列表，这点在前面已经讲到了，请猛击《C++初始化列表》回顾。
const成员函数（常成员函数）
const 成员函数可以使用类中的所有成员变量，但是不能修改它们的值，这种措施主要还是为了保护数据而设置的。const 成员函数也称为常成员函数。
我们通常将 get 函数设置为常成员函数。读取成员变量的函数的名字通常以get开头，后跟成员变量的名字，所以通常将它们称为 get 函数。
常成员函数需要在声明和定义的时候在函数头部的结尾加上 const 关键字，
需要强调的是，必须在成员函数的声明和定义处同时加上 const 关键字。如果只在一个地方加 const 会导致声明和定义处的函数原型冲突。
最后再来区分一下 const 的位置：
- 函数开头的 const 用来修饰函数的返回值，表示返回值是 const 类型，也就是不能被修改，例如
const char * getname()。 - 函数头部的结尾加上 const 表示常成员函数，这种函数只能读取成员变量的值，而不能修改成员变量的值，例如
char * getname() const。
2.11 C++ const对象（常对象）
在 C++ 中，const 也可以用来修饰对象，称为常对象。一旦将对象定义为常对象之后，就只能调用类的 const 成员（包括 const 成员变量和 const 成员函数）了。
一旦将对象定义为常对象之后，不管是哪种形式，该对象就只能访问被 const 修饰的成员了（包括 const 成员变量和 const 成员函数），因为非 const 成员可能会修改对象的数据（编译器也会这样假设），C++禁止这样做
2.12 C++ class和struct到底有什么区别
C++ 中保留了C语言的 struct 关键字，并且加以扩充。在C语言中，struct 只能包含成员变量，不能包含成员函数。而在C++中，struct 类似于 class，既可以包含成员变量，又可以包含成员函数。C++中的 struct 和 class 基本是通用的，唯有几个细节不同：
- 使用 class 时，类中的成员默认都是 private 属性的；而使用 struct 时，结构体中的成员默认都是 public 属性的。
- class 继承默认是 private 继承，而 struct 继承默认是 public 继承（《C++继承与派生》一章会讲解继承）。
- class 可以使用模板，而 struct 不能（《模板、字符串和异常》一章会讲解模板）。
C++ 没有抛弃C语言中的 struct 关键字，其意义就在于给C语言程序开发人员有一个归属感，并且能让C++编译器兼容以前用C语言开发出来的项目。
在编写C++代码时，我强烈建议使用 class 来定义类，而使用 struct 来定义结构体，这样做语义更加明确。
2.13 C++ string详解，C++字符串详解
C++ 大大增强了对字符串的支持，除了可以使用C风格的字符串，还可以使用内置的 string 类。string 类处理起字符串来会方便很多，完全可以代替C语言中的字符数组或字符串指针。
string 是 C++ 中常用的一个类，它非常重要，我们有必要在此单独讲解一下。
使用 string 类需要包含头文件
#include
#include
using namespace std;
int main(){
string s1;
string s2 = "c plus plus";
string s3 = s2;
string s4 (5, 's');
return 0;
} 变量 s1 只是定义但没有初始化，编译器会将默认值赋给 s1，默认值是""，也即空字符串。
变量 s2 在定义的同时被初始化为"c plus plus"。与C风格的字符串不同，string 的结尾没有结束标志'\0'。【注意：char a[]="c plus plus"之后会在字符串末尾添加\0】
变量 s3 在定义的时候直接用 s2 进行初始化，因此 s3 的内容也是"c plus plus"。
变量 s4 被初始化为由 5 个's'字符组成的字符串，也就是"sssss"。
从上面的代码可以看出，string 变量可以直接通过赋值操作符=进行赋值。string 变量也可以用C风格的字符串进行赋值，例如，s2 是用一个字符串常量进行初始化的，而 s3 则是通过 s2 变量进行初始化的。
与C风格的字符串不同，当我们需要知道字符串长度时，可以调用 string 类提供的 length() 函数。如下所示：
string s = "http://c.biancheng.net";
int len = s.length();
cout< 输出结果为22。由于 string 的末尾没有'\0'字符，所以 length() 返回的是字符串的真实长度，而不是长度 +1。
转换为C风格的字符串
虽然 C++ 提供了 string 类来替代C语言中的字符串，但是在实际编程中，有时候必须要使用C风格的字符串（例如打开文件时的路径），为此，string 类为我们提供了一个转换函数 c_str()，该函数能够将 string 字符串转换为C风格的字符串，并返回该字符串的 const 指针（const char*）
string path = "D:\\demo.txt";
FILE *fp = fopen(path.c_str(), "rt");为了使用C语言中的 fopen() 函数打开文件，必须将 string 字符串转换为C风格的字符串。
string 字符串的输入输出
string 类重载了输入输出运算符，可以像对待普通变量那样对待 string 变量，也就是用>>进行输入，用<<进行输出
访问字符串中的字符
string 字符串也可以像C风格的字符串一样按照下标来访问其中的每一个字符。string 字符串的起始下标仍是从 0 开始
2.14 C++类和对象的总结，拿去做笔记吧
类的成员有成员变量和成员函数两种。
成员函数之间可以互相调用，成员函数内部可以访问成员变量。
私有成员只能在类的成员函数内部访问。默认情况下，class 类的成员是私有的，struct 类的成员是公有的。
可以用“对象名.成员名”、“引用名.成员名”、“对象指针->成员名”的方法访问对象的成员变量或调用成员函数。成员函数被调用时，可以用上述三种方法指定函数是作用在哪个对象上的。
对象所占用的存储空间的大小等于各成员变量所占用的存储空间的大小之和（如果不考虑成员变量对齐问题的话）。
定义类时，如果一个构造函数都不写，则编译器自动生成默认（无参）构造函数和复制构造函数。如果编写了构造函数，则编译器不自动生成默认构造函数。一个类不一定会有默认构造函数，但一定会有复制构造函数。
任何生成对象的语句都要说明对象是用哪个构造函数初始化的。即便定义对象数组，也要对数组中的每个元素如何初始化进行说明。如果不说明，则编译器认为对象是用默认构造函数或参数全部可以省略的构造函数初始化。在这种情况下，如果类没有默认构造函数或参数全部可以省略的构造函数，则编译出错。
对象在消亡时会调用析构函数。
每个对象有各自的一份普通成员变量，但是静态成员变量只有一份，被所有对象所共享。静态成员函数不具体作用于某个对象。即便对象不存在，也可以访问类的静态成员。静态成员函数内部不能访问非静态成员变量，也不能调用非静态成员函数。
常量对象上面不能执行非常量成员函数，只能执行常量成员函数。
包含成员对象的类叫封闭类。任何能够生成封闭类对象的语句，都要说明对象中包含的成员对象是如何初始化的。如果不说明，则编译器认为成员对象是用默认构造函数或参数全部可以省略的构造函数初始化。
在封闭类的构造函数的初始化列表中可以说明成员对象如何初始化。封闭类对象生成时，先执行成员对象的构造函数，再执行自身的构造函数；封闭类对象消亡时，先执行自身的析构函数，再执行成员对象的析构函数。
const 成员和引用成员必须在构造函数的初始化列表中初始化，此后值不可修改。
友元分为友元函数和友元类。友元关系不能传递。
成员函数中出现的 this 指针，就是指向成员函数所作用的对象的指针。因此，静态成员函数内部不能出现 this 指针。成员函数实际上的参数个数比表面上看到的多一个，多出来的参数就是 this 指针。
3 C++引用精讲，C++ &用法全面剖析
引用是 C++ 的新增内容，在实际开发中会经常使用；C++ 用的引用就如同C语言的指针一样重要，但它比指针更加方便和易用，有时候甚至是不可或缺的。
我们知道，参数的传递本质上是一次赋值的过程，赋值就是对内存进行拷贝。所谓内存拷贝，是指将一块内存上的数据复制到另一块内存上。
对于像 char、bool、int、float 等基本类型的数据，它们占用的内存往往只有几个字节，对它们进行内存拷贝非常快速。而数组、结构体、对象是一系列数据的集合，数据的数量没有限制，可能很少，也可能成千上万，对它们进行频繁的内存拷贝可能会消耗很多时间，拖慢程序的执行效率。
C/C++ 禁止在函数调用时直接传递数组的内容，而是强制传递数组指针，这点已在《C语言指针变量作为函数参数》中进行了讲解。而对于结构体和对象没有这种限制，调用函数时既可以传递指针，也可以直接传递内容；为了提高效率，我曾建议传递指针，这样做在大部分情况下并没有什么不妥，读者可以点击《C语言结构体指针》进行回顾。
但是在 C++ 中，我们有了一种比指针更加便捷的传递聚合类型数据的方式，那就是引用（Reference）。
在 C/C++ 中，我们将 char、int、float 等由语言本身支持的类型称为基本类型，将数组、结构体、类（对象）等由基本类型组合而成的类型称为聚合类型（在讲解结构体时也曾使用复杂类型、构造类型这两种说法）。
引用（Reference）是 C++ 相对于C语言的又一个扩充。引用可以看做是数据的一个别名，通过这个别名和原来的名字都能够找到这份数据。引用类似于 Windows 中的快捷方式，一个可执行程序可以有多个快捷方式，通过这些快捷方式和可执行程序本身都能够运行程序；引用还类似于人的绰号（笔名），使用绰号（笔名）和本名都能表示一个人。
引用的定义方式类似于指针，只是用&取代了*，语法格式为：
type &name = data;
type 是被引用的数据的类型，name 是引用的名称，data 是被引用的数据。引用必须在定义的同时初始化，并且以后也要从一而终，不能再引用其它数据，这有点类似于常量（const 变量）
注意，引用在定义时需要添加&，在使用时不能添加&，使用时添加&表示取地址。
#include
using namespace std;
int main() {
int a = 99;
int &r = a;
cout << a << ", " << r << endl;
cout << &a << ", " << &r << endl;
return 0;
} 运行结果：
99, 99
0x28ff44, 0x28ff44
本例中，变量 r 就是变量 a 的引用，它们用来指代同一份数据；也可以说变量 r 是变量 a 的另一个名字。从输出结果可以看出，a 和 r 的地址一样，都是0x28ff44；或者说地址为0x28ff44的内存有两个名字，a 和 r，想要访问该内存上的数据时，使用哪个名字都行。
注意，引用在定义时需要添加&，在使用时不能添加&，使用时添加&表示取地址。如上面代码所示，第 6 行中的&表示引用，第 8 行中的&表示取地址。除了这两种用法，&还可以表示位运算中的与运算。
由于引用 r 和原始变量 a 都是指向同一地址，所以通过引用也可以修改原始变量中所存储的数据
如果读者不希望通过引用来修改原始的数据，那么可以在定义时添加 const 限制，形式为：const type &name = value;
也可以是：type const &name = value; 这种引用方式为常引用
C++引用作为函数参数
在定义或声明函数时，我们可以将函数的形参指定为引用的形式，这样在调用函数时就会将实参和形参绑定在一起，让它们都指代同一份数据。如此一来，如果在函数体中修改了形参的数据，那么实参的数据也会被修改，从而拥有“在函数内部影响函数外部数据”的效果。
#include
using namespace std;
void swap1(int a, int b);
void swap2(int *p1, int *p2);
void swap3(int &r1, int &r2);
int main() {
int num1, num2;
cout << "Input two integers: ";
cin >> num1 >> num2;
swap1(num1, num2);
cout << num1 << " " << num2 << endl;
cout << "Input two integers: ";
cin >> num1 >> num2;
swap2(&num1, &num2);
cout << num1 << " " << num2 << endl;
cout << "Input two integers: ";
cin >> num1 >> num2;
swap3(num1, num2);
cout << num1 << " " << num2 << endl;
return 0;
}
//直接传递参数内容
void swap1(int a, int b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//传递指针
void swap2(int *p1, int *p2) {
int temp = *p1;
*p1 = *p2;
*p2 = temp;
}
//按引用传参
void swap3(int &r1, int &r2) {
int temp = r1;
r1 = r2;
r2 = temp;
} 本例演示了三种交换变量的值的方法：
1) swap1() 直接传递参数的内容，不能达到交换两个数的值的目的。对于 swap1() 来说，a、b 是形参，是作用范围仅限于函数内部的局部变量，它们有自己独立的内存，和 num1、num2 指代的数据不一样。调用函数时分别将 num1、num2 的值传递给 a、b，此后 num1、num2 和 a、b 再无任何关系，在 swap1() 内部修改 a、b 的值不会影响函数外部的 num1、num2，更不会改变 num1、num2 的值。
2) swap2() 传递的是指针，能够达到交换两个数的值的目的。调用函数时，分别将 num1、num2 的指针传递给 p1、p2，此后 p1、p2 指向 a、b 所代表的数据，在函数内部可以通过指针间接地修改 a、b 的值。我们在《C语言指针变量作为函数参数》中也对比过第 1)、2) 中方式的区别。
3) swap3() 是按引用传递，能够达到交换两个数的值的目的。调用函数时，分别将 r1、r2 绑定到 num1、num2 所指代的数据，此后 r1 和 num1、r2 和 num2 就都代表同一份数据了，通过 r1 修改数据后会影响 num1，通过 r2 修改数据后也会影响 num2。
从以上代码的编写中可以发现，按引用传参在使用形式上比指针更加直观。在以后的 C++ 编程中，我鼓励读者大量使用引用，它一般可以代替指针（当然指针在C++中也不可或缺），C++ 标准库也是这样做的。
C++引用作为函数返回值
引用除了可以作为函数形参，还可以作为函数返回值
在将引用作为函数返回值时应该注意一个小问题，就是不能返回局部数据（例如局部变量、局部对象、局部数组等）的引用，因为当函数调用完成后局部数据就会被销毁，有可能在下次使用时数据就不存在了，C++ 编译器检测到该行为时也会给出警告
4 C++继承与派生
4.1 C++继承和派生简明教程
C++ 中的继承是类与类之间的关系，是一个很简单很直观的概念，与现实世界中的继承类似，例如儿子继承父亲的财产。
继承（Inheritance）可以理解为一个类从另一个类获取成员变量和成员函数的过程。例如类 B 继承于类 A，那么 B 就拥有 A 的成员变量和成员函数。
在C++中，派生（Derive）和继承是一个概念，只是站的角度不同。继承是儿子接收父亲的产业，派生是父亲把产业传承给儿子
被继承的类称为父类或基类，继承的类称为子类或派生类。“子类”和“父类”通常放在一起称呼，“基类”和“派生类”通常放在一起称呼
派生类除了拥有基类的成员，还可以定义自己的新成员，以增强类的功能。
以下是两种典型的使用继承的场景：
1) 当你创建的新类与现有的类相似，只是多出若干成员变量或成员函数时，可以使用继承，这样不但会减少代码量，而且新类会拥有基类的所有功能。
2) 当你需要创建多个类，它们拥有很多相似的成员变量或成员函数时，也可以使用继承。可以将这些类的共同成员提取出来，定义为基类，然后从基类继承，既可以节省代码，也方便后续修改成员。
这些继承过来的成员，可以通过子类对象访问，就像自己的一样。
class Student: public People
这就是声明派生类的语法。class 后面的“Student”是新声明的派生类，冒号后面的“People”是已经存在的基类。在“People”之前有一关键宇 public，用来表示是公有继承
由此总结出继承的一般语法为：
class 派生类名:［继承方式］ 基类名{
派生类新增加的成员
};继承方式包括 public（公有的）、private（私有的）和 protected（受保护的），此项是可选的，如果不写，那么默认为 private
4.2 C++三种继承方式
C++继承的一般语法为：
class 派生类名:［继承方式］ 基类名{
派生类新增加的成员
}; 继承方式限定了基类成员在派生类中的访问权限，包括 public（公有的）、private（私有的）和 protected（受保护的）。此项是可选项，如果不写，默认为 private（成员变量和成员函数默认也是 private）。
现在我们知道，public、protected、private 三个关键字除了可以修饰类的成员，还可以指定继承方式。
public、protected、private 修饰类的成员
类成员的访问权限由高到低依次为 public --> protected --> private，我们在《C++类成员的访问权限以及类的封装》一节中讲解了 public 和 private：public 成员可以通过对象来访问，private 成员不能通过对象访问。
现在再来补充一下 protected。protected 成员和 private 成员类似，也不能通过对象访问。但是当存在继承关系时，protected 和 private 就不一样了：基类中的 protected 成员可以在派生类中使用，而基类中的 private 成员不能在派生类中使用，下面是详细讲解。
public、protected、private 指定继承方式
不同的继承方式会影响基类成员在派生类中的访问权限。
1) public继承方式
- 基类中所有 public 成员在派生类中为 public 属性；
- 基类中所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性；
- 基类中所有 private 成员在派生类中不能使用。
2) protected继承方式
- 基类中的所有 public 成员在派生类中为 protected 属性；
- 基类中的所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性；
- 基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。
3) private继承方式
- 基类中的所有 public 成员在派生类中均为 private 属性；
- 基类中的所有 protected 成员在派生类中均为 private 属性；
- 基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。
通过上面的分析可以发现：
1) 基类成员在派生类中的访问权 限不得高于继承方式中指定的权限。例如，当继承方式为 protected 时，那么基类成员在派生类中的访问权限最高也为 protected，高于 protected 的会降级为 protected，但低于 protected 不会升级。再如，当继承方式为 public 时，那么基类成员在派生类中的访问权限将保持不变。也就是说，继承方式中的 public、protected、private 是用来指明基类成员在派生类中的最高访问权限的。
2) 不管继承方式如何，基类中的 private 成员在派生类中始终不能使用（不能在派生类的成员函数中访问或调用）。
3) 如果希望基类的成员能够被派生类继承并且毫无障碍地使用，那么这些成员只能声明为 public 或 protected；只有那些不希望在派生类中使用的成员才声明为 private。
4) 如果希望基类的成员既不向外暴露（不能通过对象访问），还能在派生类中使用，那么只能声明为 protected。
注意，我们这里说的是基类的 private 成员不能在派生类中使用，并没有说基类的 private 成员不能被继承。实际上，基类的 private 成员是能够被继承的，并且（成员变量）会占用派生类对象的内存，它只是在派生类中不可见，导致无法使用罢了。private 成员的这种特性，能够很好的对派生类隐藏基类的实现，以体现面向对象的封装性。
在派生类中访问基类 private 成员的唯一方法就是借助基类的非 private 成员函数，如果基类没有非 private 成员函数，那么该成员在派生类中将无法访问。
改变访问权限
使用 using 关键字可以改变基类成员在派生类中的访问权限，例如将 public 改为 private、将 protected 改为 public。
注意：using 只能改变基类中 public 和 protected 成员的访问权限，不能改变 private 成员的访问权限，因为基类中 private 成员在派生类中是不可见的，根本不能使用，所以基类中的 private 成员在派生类中无论如何都不能访问。
#include
using namespace std;
//基类People
class People {
public:
void show();
protected:
char *m_name;
int m_age;
};
void People::show() {
cout << m_name << "的年龄是" << m_age << endl;
}
//派生类Student
class Student : public People {
public:
void learning();
public:
using People::m_name; //将protected改为public
using People::m_age; //将protected改为public
float m_score;
private:
using People::show; //将public改为private
};
void Student::learning() {
cout << "我是" << m_name << "，今年" << m_age << "岁，这次考了" << m_score << "分！" << endl;
}
int main() {
Student stu;
stu.m_name = "小明";
stu.m_age = 16;
stu.m_score = 99.5f;
stu.show(); //compile error
stu.learning();
return 0;
} 代码中首先定义了基类 People，它包含两个 protected 属性的成员变量和一个 public 属性的成员函数。定义 Student 类时采用 public 继承方式，People 类中的成员在 Student 类中的访问权限默认是不变的。
不过，我们使用 using 改变了它们的默认访问权限，如代码第 21~25 行所示，将 say() 函数修改为 private 属性的，是降低访问权限，将 name、age 变量修改为 public 属性的，是提高访问权限。
4.3 C++继承时的名字遮蔽问题
如果派生类中的成员（包括成员变量和成员函数）和基类中的成员重名，那么就会遮蔽从基类继承过来的成员。所谓遮蔽，就是在派生类中使用该成员（包括在定义派生类时使用，也包括通过派生类对象访问该成员）时，实际上使用的是派生类新增的成员，而不是从基类继承来的。
#include
using namespace std;
//基类People
class People{
public:
void show();
protected:
char *m_name;
int m_age;
};
void People::show(){
cout<<"嗨，大家好，我叫"< 本例中，基类 People 和派生类 Student 都定义了成员函数 show()，它们的名字一样，会造成遮蔽。第 37 行代码中，stu 是 Student 类的对象，默认使用 Student 类的 show() 函数。但是，基类 People 中的 show() 函数仍然可以访问，不过要加上类名和域解析符
基类成员函数和派生类成员函数不构成重载
基类成员和派生类成员的名字一样时会造成遮蔽，这句话对于成员变量很好理解，对于成员函数要引起注意，不管函数的参数如何，只要名字一样就会造成遮蔽。换句话说，基类成员函数和派生类成员函数不会构成重载，如果派生类有同名函数，那么就会遮蔽基类中的所有同名函数，不管它们的参数是否一样
4.4 C++基类和派生类的构造函数
前面我们说基类的成员函数可以被继承，可以通过派生类的对象访问，但这仅仅指的是普通的成员函数，类的构造函数不能被继承。构造函数不能被继承是有道理的，因为即使继承了，它的名字和派生类的名字也不一样，不能成为派生类的构造函数，当然更不能成为普通的成员函数。
在设计派生类时，对继承过来的成员变量的初始化工作也要由派生类的构造函数完成，但是大部分基类都有 private 属性的成员变量，它们在派生类中无法访问，更不能使用派生类的构造函数来初始化。
这种矛盾在C++继承中是普遍存在的，解决这个问题的思路是：在派生类的构造函数中调用基类的构造函数。
#include
using namespace std;
//基类People
class People{
protected:
char *m_name;
int m_age;
public:
People(char*, int);
};
People::People(char *name, int age): m_name(name), m_age(age){}
//派生类Student
class Student: public People{
private:
float m_score;
public:
Student(char *name, int age, float score);
void display();
};
//People(name, age)就是调用基类的构造函数
Student::Student(char *name, int age, float score): People(name, age), m_score(score){ }
void Student::display(){
cout< 请注意第 23 行代码：Student::Student(char *name, int age, float score): People(name, age), m_score(score)
People(name, age) 就是调用基类的构造函数，并将 name 和 age 作为实参传递给它，m_score(score)是派生类的参数初始化表，它们之间以逗号,隔开。
也可以将基类构造函数的调用放在参数初始化表后面：Student::Student(char *name, int age, float score): m_score(score), People(name, age){ }但是不管它们的顺序如何，派生类构造函数总是先调用基类构造函数再执行其他代码（包括参数初始化表以及函数体中的代码）
另外，函数头部是对基类构造函数的调用，而不是声明，所以括号里的参数是实参，它们不但可以是派生类构造函数参数列表中的参数，还可以是局部变量、常量等，例如：Student::Student(char *name, int age, float score): People("小明", 16), m_score(score){ }
构造函数的调用顺序
从上面的分析中可以看出，基类构造函数总是被优先调用，这说明创建派生类对象时，会先调用基类构造函数，再调用派生类构造函数，如果继承关系有好几层的话，例如：A --> B --> C 那么创建 C 类对象时构造函数的执行顺序为：A类构造函数 --> B类构造函数 --> C类构造函数,构造函数的调用顺序是按照继承的层次自顶向下、从基类再到派生类的。
还有一点要注意，派生类构造函数中只能调用直接基类的构造函数，不能调用间接基类的。以上面的 A、B、C 类为例，C 是最终的派生类，B 就是 C 的直接基类，A 就是 C 的间接基类。
C++ 这样规定是有道理的，因为我们在 C 中调用了 B 的构造函数，B 又调用了 A 的构造函数，相当于 C 间接地（或者说隐式地）调用了 A 的构造函数，如果再在 C 中显式地调用 A 的构造函数，那么 A 的构造函数就被调用了两次，相应地，初始化工作也做了两次，这不仅是多余的，还会浪费CPU时间以及内存，毫无益处，所以 C++ 禁止在 C 中显式地调用 A 的构造函数。
基类构造函数调用规则
事实上，通过派生类创建对象时必须要调用基类的构造函数，这是语法规定。换句话说，定义派生类构造函数时最好指明基类构造函数；如果不指明，就调用基类的默认构造函数（不带参数的构造函数）；如果没有默认构造函数，那么编译失败。
如果将基类 People 中不带参数的构造函数删除，那么会发生编译错误，因为创建对象 stu1 时需要调用 People 类的默认构造函数， 而 People 类中已经显式定义了构造函数，编译器不会再生成默认的构造函数。
4.5 C++基类和派生类的析构函数
和构造函数类似，析构函数也不能被继承。与构造函数不同的是，在派生类的析构函数中不用显式地调用基类的析构函数，因为每个类只有一个析构函数，编译器知道如何选择，无需程序员干涉。
另外析构函数的执行顺序和构造函数的执行顺序也刚好相反：
- 创建派生类对象时，构造函数的执行顺序和继承顺序相同，即先执行基类构造函数，再执行派生类构造函数。
- 而销毁派生类对象时，析构函数的执行顺序和继承顺序相反，即先执行派生类析构函数，再执行基类析构函数。
4.6 C++将派生类赋值给基类（向上转型）
在 C/C++ 中经常会发生数据类型的转换，例如将 int 类型的数据赋值给 float 类型的变量时，编译器会先把 int 类型的数据转换为 float 类型再赋值；反过来，float 类型的数据在经过类型转换后也可以赋值给 int 类型的变量。
数据类型转换的前提是，编译器知道如何对数据进行取舍
int a = 10.9;
printf("%d\n", a);输出结果为 10，编译器会将小数部分直接丢掉（不是四舍五入）。
类其实也是一种数据类型，也可以发生数据类型转换，不过这种转换只有在基类和派生类之间才有意义，并且只能将派生类赋值给基类，包括将派生类对象赋值给基类对象、将派生类指针赋值给基类指针、将派生类引用赋值给基类引用，这在 C++ 中称为向上转型（Upcasting）。相应地，将基类赋值给派生类称为向下转型（Downcasting）。
向上转型非常安全，可以由编译器自动完成；向下转型有风险，需要程序员手动干预
将派生类对象赋值给基类对象
下面的例子演示了如何将派生类对象赋值给基类对象
#include
using namespace std;
//基类
class A{
public:
A(int a);
public:
void display();
public:
int m_a;
};
A::A(int a): m_a(a){ }
void A::display(){
cout<<"Class A: m_a="< 运行结果：
Class A: m_a=10
Class B: m_a=66, m_b=99
----------------------------
Class A: m_a=66
Class B: m_a=66, m_b=99
本例中 A 是基类， B 是派生类，a、b 分别是它们的对象，由于派生类 B 包含了从基类 A 继承来的成员，因此可以将派生类对象 b 赋值给基类对象 a。通过运行结果也可以发现，赋值后 a 所包含的成员变量的值已经发生了变化。
赋值的本质是将现有的数据写入已分配好的内存中，对象的内存只包含了成员变量，所以对象之间的赋值是成员变量的赋值，成员函数不存在赋值问题。运行结果也有力地证明了这一点，虽然有a=b;这样的赋值过程，但是 a.display() 始终调用的都是 A 类的 display() 函数。换句话说，对象之间的赋值不会影响成员函数，也不会影响 this 指针。将派生类对象赋值给基类对象时，会舍弃派生类新增的成员，也就是“大材小用”
可以发现，即使将派生类对象赋值给基类对象，基类对象也不会包含派生类的成员，所以依然不同通过基类对象来访问派生类的成员。对于上面的例子，a.m_a 是正确的，但 a.m_b 就是错误的，因为 a 不包含成员 m_b。
这种转换关系是不可逆的，只能用派生类对象给基类对象赋值，而不能用基类对象给派生类对象赋值。理由很简单，基类不包含派生类的成员变量，无法对派生类的成员变量赋值。同理，同一基类的不同派生类对象之间也不能赋值。
要理解这个问题，还得从赋值的本质入手。赋值实际上是向内存填充数据，当数据较多时很好处理，舍弃即可；本例中将 b 赋值给 a 时（执行a=b;语句），成员 m_b 是多余的，会被直接丢掉，所以不会发生赋值错误。但当数据较少时，问题就很棘手，编译器不知道如何填充剩下的内存；如果本例中有b= a;这样的语句，编译器就不知道该如何给变量 m_b 赋值，所以会发生错误。
将派生类指针赋值给基类指针
除了可以将派生类对象赋值给基类对象（对象变量之间的赋值），还可以将派生类指针赋值给基类指针（对象指针之间的赋值）。我们先来看一个多继承的例子，继承关系为：
下面的代码实现了这种继承关系：
#include
using namespace std;
//基类A
class A{
public:
A(int a);
public:
void display();
protected:
int m_a;
};
A::A(int a): m_a(a){ }
void A::display(){
cout<<"Class A: m_a="<pa 本来是基类 A 的指针，现在指向了派生类 D 的对象，这使得隐式指针 this 发生了变化，也指向了 D 类的对象，所以最终在 display() 内部使用的是 D 类对象的成员变量，相信这一点不难理解。
编译器虽然通过指针的指向来访问成员变量，但是却不通过指针的指向来访问成员函数：编译器通过指针的类型来访问成员函数。对于 pa，它的类型是 A，不管它指向哪个对象，使用的都是 A 类的成员函数，具体原因已在《C++函数编译原理和成员函数的实现》中做了详细讲解。
概括起来说就是：编译器通过指针来访问成员变量，指针指向哪个对象就使用哪个对象的数据；编译器通过指针的类型来访问成员函数，指针属于哪个类的类型就使用哪个类的函数。
2) 赋值后值不一致的情况
本例中我们将最终派生类的指针 pd 分别赋值给了基类指针 pa、pb、pc，按理说它们的值应该相等，都指向同一块内存，但是运行结果却有力地反驳了这种推论，只有 pa、pb、pd 三个指针的值相等，pc 的值比它们都大。也就是说，执行pc = pd;语句后，pc 和 pd 的值并不相等。
这非常出乎我们的意料，按照我们通常的理解，赋值就是将一个变量的值交给另外一个变量，不会出现不相等的情况，究竟是什么导致了 pc 和 pd 不相等呢？我们将在《将派生类指针赋值给基类指针时到底发生了什么？》一节中解开谜底。
将派生类引用赋值给基类引用
引用在本质上是通过指针的方式实现的，既然基类的指针可以指向派生类的对象，那么我们就有理由推断：基类的引用也可以指向派生类的对象，并且它的表现和指针是类似的。修改上例中 main() 函数内部的代码，用引用取代指针：
int main(){
D d(4, 40, 400, 4000);
A &ra = d;
B &rb = d;
C &rc = d;
ra.display();
rb.display();
rc.display();
return 0;
}
运行结果：
Class A: m_a=4
Class B: m_a=4, m_b=40
Class C: m_c=400
ra、rb、rc 是基类的引用，它们都引用了派生类对象 d，并调用了 display() 函数，从运行结果可以发现，虽然使用了派生类对象的成员变量，但是却没有使用派生类的成员函数，这和指针的表现是一样的。
引用和指针的表现之所以如此类似，是因为引用和指针并没有本质上的区别，引用仅仅是对指针进行了简单封装
最后需要注意的是，向上转型后通过基类的对象、指针、引用只能访问从基类继承过去的成员（包括成员变量和成员函数），不能访问派生类新增的成员。
5 文件操作
5.1 计算机文件到底是什么（通俗易懂）？
内存中存放的数据在计算机关机后就会消失。要长久保存数据，就要使用硬盘、光盘、U 盘等设备。为了便于数据的管理和检索，引入了“文件”的概念。
一篇文章、一段视频、一个可执行程序，都可以被保存为一个文件，并赋予一个文件名。操作系统以文件为单位管理磁盘中的数据。
成千上万个文件如果不加分类放在一起，用户使用起来显然非常不便，因此又引入了树形目录（目录也叫文件夹）的机制，可以把文件放在不同的文件夹中，文件夹中还可以嵌套文件夹，这就便于用户对文件进行管理和使用，正如 Windows 的资源管理器呈现的那样
一般来说，文件可分为文本文件、视频文件、音频文件、图像文件、可执行文件等多种类别，这是从文件的功能进行分类的。从数据存储的角度来说，所有的文件本质上都是一样的，都是由一个个字节组成的，归根到底都是 0、1 比特串。不同的文件呈现出不同的形态（有的是文本，有的是视频等等），这主要是文件的创建者和解释者（使用文件的软件）约定好了文件格式。
所谓“格式”，就是关于文件中每一部分的内容代表什么含义的一种约定。例如，常见的纯文本文件（也叫文本文件，扩展名通常是“.txt”），指的是能够在 Windows 的“记事本”程序中打开，并且能看出是一段有意义的文字的文件。文本文件的格式可以用一句话来描述：文件中的每个字节都是一个可见字符的 ASCII 码。
除了纯文本文件外，图像、视频、可执行文件等一般被称作“二进制文件”。二进制文件如果用“记事本”程序打开，看到的是一片乱码。
所谓“文本文件”和“二进制文件”，只是约定俗成的、从计算机用户角度出发进行的分类，并不是计算机科学的分类。因为从计算机科学的角度来看，所有的文件都是由二进制位组成的，都是二进制文件。文本文件和其他二进制文件只是格式不同而已。
实际上，只要规定好格式，而且不怕浪费空间，用文本文件一样可以表示图像、声音、视频甚至可执行程序。简单地说，如果约定用字符 '1'、'2'、...、'7' 表示七个音符，那么由这些字符组成的文本文件就可以被遵从该约定的音乐软件演奏成一首曲子。
下面再看一个用文本文件表示一幅图像的例子：一幅图像实际上就是一个由点构成的矩阵，每个点可以有不同的颜色，称为像素。有的图像是 256 色的，有的是 32 位真彩色（即一 个像素的颜色用一个 32 位的整数表示）的。
以 256 色图像为例，可以用 0~255 这 256 个数代表 256 种颜色，那么每个像素就可以用一个数来表示。再约定文件开始的两个数代表图像的宽度和高度（以像素为单位），则以下文本文件就可以表示一幅宽度为 6 像素、高度为 4 像素的 256 色图像：
6 4
24 0 38 129 4 154
12 73 227 40 0 0
12 173 127 20 0 0
21 73 87 230 1 0
这个“文本图像”文件的格式可以描述为：第一行的两个数分别代表水平方向的像素数目和垂直方向的像素数目，此后每行代表图像的一行像素，一行中的每个数对应于一个像素，表示其颜色。理解这一格式的图像处理软件就可以把上述文本文件呈现为一幅图像。视频是由每秒 24 幅图像组成的，因此用文本文件也可以表示视频。
上面用文本文件表示图像的方法是非常低效的，浪费了太多的空间。文件中大量的空格是一种浪费。另外，常常要用 2 个甚至 3 个字符来表示一个像素，也造成大量浪费，因为用一个字节就足以表示 0~255 这 256 个数。因此，可以约定一个更节省空间的格式来表示一个 256 色的图像，此种文件格式的描述如下：文件中的第 0 和第 1 个字节是整数 n，代表图像的宽度（2 字节的 n 的取值范围是 0~65 535，说明图像最多只能是 65 535 个像素宽），第 2 和第 3 个字节代表图像的高度。接下来，每 n 个字节表示图像的一行像素，其中每个字节对应于一个像素的颜色。
用这种格式存储 256 色图像，比用上面的文本格式存储图像能够大大节省空间。在“记事本”程序中打开它，看到的就会是乱码，这个图像文件也就是所谓的“二进制文件”。
真正的图像文件、音频文件、视频文件的格式都比较复杂，有的还经过了压缩，但只要文件的制作软件和解读软件（如图像查看软件，音频、视频播放软件）遵循相同的格式约定，用户就可以在文件解读软件中看到文件的内容。
5.2 C++文件类（文件流类）有哪些？
C++ 标准类库中有三个类可以用于文件操作，它们统称为文件流类。这三个类是：
- ifstream：用于从文件中读取数据。
- ofstream：用于向文件中写人数据。
- fstream：既可用于从文件中读取数据，又可用于 向文件中写人数据。
使用这三个类时，程序中需要包含 fstream 头文件。 C++ 类库中的流类如下图所示
ifstream 类和 fstream 类是从 istream 类派生而来的，因此 ifstream 类拥有 istream 类的全部成员函数。同样地，ofstream 和 fstream 类也拥有 ostream 类的全部成员函数。这三个类中有一些十分熟悉的成员函数可以使用，如operator <<、 operator >>、peek、ignore、getline、get 等。
在程序中，要使用一个文件，先要打开文件后才能读写，读写完后要关闭。创建一个新文件也要先执行打开（open）操作，然后才能往文件中写入数据。C++ 文件流类有相应的成员函数来实现打开、读、写、关闭等文件操作。
5.3 C++ open 打开文件（含打开模式一览表）
在对文件进行读写操作之前，先要打开文件。打开文件有以下两个目的：
- 通过指定文件名，建立起文件和文件流对象的关联，以后要对文件进行操作时，就可以通过与之关联的流对象来进行。
- 指明文件的使用方式。使用方式有只读、只写、既读又写、在文件末尾添加数据、以文本方式使用、以二进制方式使用等多种。
打开文件可以通过以下两种方式进行：
- 调用流对象的 open 成员函数打开文件。
- 定义文件流对象时，通过构造函数打开文件。
关闭文件时，调用文件流对象的 close 成员函数即可。
使用 open 函数打开文件
先看第一种文件打开方式。以 ifstream 类为例，该类有一个 open 成员函数，其他两个文件流类也有同样的 open 成员函数：
void open(const char* szFileName, int mode) 第一个参数是指向文件名的指针，第二个参数是文件的打开模式标记。
文件的打开模式标记代表了文件的使用方式，这些标记可以单独使用，也可以组合使用。表 1 列出了各种模式标记单独使用时的作用，以及常见的两种模式标记组合的作用。
ios::binary 可以和其他模式标记组合使用，例如：
ios::in | ios::binary表示用二进制模式，以读取的方式打开文件。ios::out | ios::binary表示用二进制模式，以写入的方式打开文件。
文本方式与二进制方式打开文件的区别其实非常微小，我会在《文件的文本打开方式和二进制打开方式的区别》一节中专门解释。一般来说，如果处理的是文本文件，那么用文本方式打开会方便一些。但其实任何文件都可以以二进制方式打开来读写。
在流对象上执行 open 成员函数，给出文件名和打开模式，就可以打开文件。判断文件打开是否成功，可以看“对象名”这个表达式的值是否为 true，如果为 true，则表示文件打开成功。
使用流类的构造函数打开文件
定义流对象时，在构造函数中给出文件名和打开模式也可以打开文件。以 ifstream 类为例，它有如下构造函数：
ifstream::ifstream (const char* szFileName, int mode = ios::in, int);
第一个参数是指向文件名的指针；第二个参数是打开文件的模式标记，默认值为ios::in; 第三个参数是整型的，也有默认值，一般极少使用。
5.3 C++文本文件的读取和写入
使用文件流对象打开文件后，文件就成为一个输入流或输出流。对于文本文件，可以使用 cin、cout 读写。
在《C++文件类（文件流类）》一节中提到，流的成员函数和流操纵算子同样适用于文件流，因为 ifstream 是 istream 的派生类，ofstream 是 ostream 的派生类，fstream 是 iostream 的派生类，而 iostream 又是从 istream 和 ostream 共同派生而来的。
例题：编写一个程序，将文件 in.txt 中的整数排序后输出到 out.txt。例如，若 in.txt 的内容为：
1 234 9 45
6 879
则执行本程序后，生成的 out.txt 的内容为： 1 6 9 45 234 879
假设 in.txt 中的整数不超过 1000 个。
#include
#include
#include //qsort在此头文件中声明
using namespace std;
const int MAX_NUM = 1000;
int a[MAX_NUM]; //存放文件中读入的整数
int MyCompare(const void * e1, const void * e2)
{ //用于qsort的比较函数
return *((int *)e1) - *((int *)e2);
}
int main()
{
int total = 0;//读入的整数个数
ifstream srcFile("in.txt",ios::in); //以文本模式打开in.txt备读
if(!srcFile) { //打开失败
cout << "error opening source file." << endl;
return 0;
}
ofstream destFile("out.txt",ios::out); //以文本模式打开out.txt备写
if(!destFile) {
srcFile.close(); //程序结束前不能忘记关闭以前打开过的文件
cout << "error opening destination file." << endl;
return 0;
}
int x;
while(srcFile >> x) //可以像用cin那样用ifstream对象
a[total++] = x;
qsort(a,total,sizeof(int),MyCompare); //排序
for(int i = 0;i < total; ++i)
destFile << a[i] << " "; //可以像用cout那样用ofstream对象
destFile.close();
srcFile.close();
return 0;
}
5.4 C++二进制文件的读取和写入（精华版）
我们先来说一下为什么要使用二进制文件，它比文本文件有哪些好处。
用文本方式存储信息不但浪费空间，而且不便于检索。例如，一个学籍管理程序需要记录所有学生的学号、姓名、年龄信息，并且能够按照姓名查找学生的信息。程序中可以用一个类来表示学生：
class CStudent
{
char szName[20]; //假设学生姓名不超过19个字符，以 '\0' 结尾
char szId[l0]; //假设学号为9位，以 '\0' 结尾
int age; //年龄
};
如果用文本文件存储学生的信息，文件可能是如下样子：
Micheal Jackson 110923412 17
Tom Hanks 110923413 18
这种存储方式不但浪费空间，而且查找效率低下。因为每个学生的信息所占用的字节数不同，所以即使文件中的学生信息是按姓名排好序的，要用程序根据名字进行查找仍然没有什么好办法，只能在文件中从头到尾搜索。
如果把全部的学生信息都读入内存并排序后再查找，当然速度会很快，但如果学生数巨大，则把所有学生信息都读人内存可能是不现实的。
可以用二进制的方式来存储学生信息，即把 CStudent 对象直接写入文件。在该文件中，每个学生的信息都占用 sizeof(CStudent) 个字节。对象写入文件后一般称作“记录”。本例中，每个学生都对应于一条记录。该学生记录文件可以按姓名排序，则使用折半查找的效率会很高。
读写二进制文件不能使用前面提到的类似于 cin、cout 从流中读写数据的方法。这时可以调用 ifstream 类和 fstream 类的 read 成员函数从文件中读取数据，调用 ofstream 和 fstream 的 write 成员函数向文件中写入数据。
用 ostream::write 成员函数写文件
ofstream 和 fstream 的 write 成员函数实际上继承自 ostream 类，原型如下：ostream & write(char* buffer, int count);
该成员函数将内存中 buffer 所指向的 count 个字节的内容写入文件，返回值是对函数所作用的对象的引用，如 obj.write(...) 的返回值就是对 obj 的引用。
write 成员函数向文件中写入若干字节，可是调用 write 函数时并没有指定这若干字节要写入文件中的什么位置。那么，write 函数在执行过程中到底把这若干字节写到哪里呢？答案是从文件写指针指向的位置开始写入。
文件写指针是 ofstream 或 fstream 对象内部维护的一个变量。文件刚打开时，文件写指针指向文件的开头（如果以 ios::app 方式打开，则指向文件末尾），用 write 函数写入 n 个字节，写指针指向的位置就向后移动 n 个字节。
下面的程序从键盘输入几名学生的姓名和年龄（输入时，在单独的一行中按 Ctrl+Z 键再按回车键以结束输入。假设学生姓名中都没有空格），并以二进制文件形式存储，成为一个学生记录文件 students.dat。
用二进制文件保存学生记录：
#include
#include
using namespace std;
class CStudent
{
public:
char szName[20];
int age;
};
int main()
{
CStudent s;
ofstream outFile("students.dat", ios::out | ios::binary);
while (cin >> s.szName >> s.age)
outFile.write((char*)&s, sizeof(s));
outFile.close();
return 0;
}
输入：
Tom 60↙
Jack 80↙
Jane 40↙
^Z↙
则形成的 students.dat 为 72 字节，用“记事本”程序打开呈现乱码：Tom烫烫烫烫烫烫烫烫 Jack烫烫烫烫烫烫烫？ Jane烫烫烫烫烫烫烫？
第 13 行指定文件的打开模式是 ios::out|ios::binary，即以二进制写模式打开。在 Windows平台中，用二进制模式打开是必要的，否则可能出错，原因会在《文件的文本打开方式和二进制打开方式的区别》一节中介绍。
第 15 行将 s 对象写入文件。s 的地址就是要写入文件的内存缓冲区的地址。但是 &s 不是 char * 类型，因此要进行强制类型转换。第 16 行，文件使用完毕一定要关闭，否则程序结束后文件的内容可能不完整。
用 istream::read 成员函数读文件
ifstream 和 fstream 的 read 成员函数实际上继承自 istream 类，原型如下： istream & read(char* buffer, int count);
该成员函数从文件中读取 count 个字节的内容，存放到 buffer 所指向的内存缓冲区中，返回值是对函数所作用的对象的引用。
如果想知道一共成功读取了多少个字节（读到文件尾时，未必能读取 count 个字节），可以在 read 函数执行后立即调用文件流对象的 gcount 成员函数，其返回值就是最近一次 read 函数执行时成功读取的字节数。gcount 是 istream 类的成员函数，原型如下： int gcount();
read 成员函数从文件读指针指向的位置开始读取若干字节。文件读指针是 ifstream 或 fstream 对象内部维护的一个变量。文件刚打开时，文件读指针指向文件的开头（如果以ios::app 方式打开，则指向文件末尾），用 read 函数读取 n 个字节，读指针指向的位置就向后移动 n 个字节。因此，打开一个文件后连续调用 read 函数，就能将整个文件的内容读取出来。
用文件流类的 put 和 get 成员函数读写文件
可以用 ifstream 和 fstream 类的 get 成员函数（继承自 istream 类）从文件中一次读取一个字节，也可以用 ofstream 和 fstream 类的 put 成员函数（继承自 ostream 类） 向文件中一次写入一个字节。
例题：编写一个 mycopy 程序，实现文件复制的功能。用法是在“命令提示符”窗口输入：mycopy 源文件名 目标文件名 就能将源文件复制到目标文件。例如：mycopy src.dat dest.dat 即将 src.dat 复制到 dest.dat。如果 dest.dat 原本就存在，则原来的文件会被覆盖。
#include
#include
using namespace std;
int main(int argc, char* argv[])
{
if (argc != 3) {
cout << "File name missing!" << endl;
return 0;
}
ifstream inFile(argv[l], ios::binary | ios::in); //以二进制读模式打开文件
if (!inFile) {
cout << "Source file open error." << endl;
return 0;
}
ofstream outFile(argv[2], ios::binary | ios::out); //以二进制写模式打开文件
if (!outFile) {
cout << "New file open error." << endl;
inFile.close(); //打开的文件一定要关闭
return 0;
}
char c;
while (inFile.get(c)) //每次读取一个字符
outFile.put(c); //每次写入一个字符
outFile.close();
inFile.close();
return 0;
}
文件存放于磁盘中，磁盘的访问速度远远低于内存。如果每次读一个字节或写一个字节都要访问磁盘，那么文件的读写速度就会慢得不可忍受。因此，操作系统在接收到读文件的请求时，哪怕只要读一个字节，也会把一片数据（通常至少是 512 个字节，因为磁盘的一个扇区是 512 B）都读取到一个操作系统自行管理的内存缓冲区中，当要读下一个字节时，就不需要访问磁盘，直接从该缓冲区中读取就可以了。
操作系统在接收到写文件的请求时，也是先把要写入的数据在一个内存缓冲区中保存起来，等缓冲区满后，再将缓冲区的内容全部写入磁盘。关闭文件的操作就能确保内存缓冲区中的数据被写入磁盘。
尽管如此，要连续读写文件时，像 mycopy 程序那样一个字节一个字节地读写，还是不如一次读写一片内存区域快。每次读写的字节数最好是 512 的整数倍。
5.6 C++移动和获取文件读写指针（seekp、seekg、tellg、tellp）
在读写文件时，有时希望直接跳到文件中的某处开始读写，这就需要先将文件的读写指针指向该处，然后再进行读写。
- ifstream 类和 fstream 类有 seekg 成员函数，可以设置文件读指针的位置；
- ofstream 类和 fstream 类有 seekp 成员函数，可以设置文件写指针的位置。
所谓“位置”，就是指距离文件开头有多少个字节。文件开头的位置是 0。这两个函数的原型如下：
ostream & seekp (int offset, int mode);
istream & seekg (int offset, int mode);
mode 代表文件读写指针的设置模式，有以下三种选项：
- ios::beg：让文件读指针（或写指针）指向从文件开始向后的 offset 字节处。offset 等于 0 即代表文件开头。在此情况下，offset 只能是非负数。
- ios::cur：在此情况下，offset 为负数则表示将读指针（或写指针）从当前位置朝文件开头方向移动 offset 字节，为正数则表示将读指针（或写指针）从当前位置朝文件尾部移动 offset字节，为 0 则不移动。
- ios::end：让文件读指针（或写指针）指向从文件结尾往前的 |offset|（offset 的绝对值）字节处。在此情况下，offset 只能是 0 或者负数。
此外，我们还可以得到当前读写指针的具体位置：
- ifstream 类和 fstream 类还有 tellg 成员函数，能够返回文件读指针的位置；
- ofstream 类和 fstream 类还有 tellp 成员函数，能够返回文件写指针的位置。
这两个成员函数的原型如下：
int tellg();
int tellp();
要获取文件长度，可以用 seekg 函数将文件读指针定位到文件尾部，再用 tellg 函数获取文件读指针的位置，此位置即为文件长度。
5.7 文件的文本打开方式和二进制打开方式的区别
在 UNIX/Linux 平台中，用文本方式或二进制方式打开文件没有任何区别。
在 UNIX/Linux 平台中，文本文件以\n（ASCII 码为 0x0a）作为换行符号；而在 Windows 平台中，文本文件以连在一起的\r\n（\r的 ASCII 码是 0x0d）作为换行符号。
在 Windows 平台中，如果以文本方式打开文件，当读取文件时，系统会将文件中所有的\r\n转换成一个字符\n，如果文件中有连续的两个字节是 0x0d0a，则系统会丢弃前面的 0x0d 这个字节，只读入 0x0a。当写入文件时，系统会将\n转换成\r\n写入。
也就是说，如果要写入的内容中有字节为 0x0a，则在写人该字节前，系统会自动先写入一个 0x0d。因此，如果用文本方式打开二进制文件进行读写，读写的内容就可能和文件的内容有出入。
因此，用二进制方式打开文件总是最保险的。
6 C++多态与虚函数
面向对象程序设计语言有封装、继承和多态三种机制，这三种机制能够有效提高程序的可读性、可扩充性和可重用性。
“多态（polymorphism）”指的是同一名字的事物可以完成不同的功能。多态可以分为编译时的多态和运行时的多态。前者主要是指函数的重载（包括运算符的重载）、对重载函数的调用，在编译时就能根据实参确定应该调用哪个函数，因此叫编译时的多态；而后者则和继承、虚函数等概念有关
6.1 C++多态和虚函数快速入门教程
在《C++将派生类赋值给基类（向上转型）》一节中讲到，基类的指针也可以指向派生类对象
#include
using namespace std;
//基类People
class People{
public:
People(char *name, int age);
void display();
protected:
char *m_name;
int m_age;
};
People::People(char *name, int age): m_name(name), m_age(age){}
void People::display(){
cout< display();
p = new Teacher("赵宏佳", 45, 8200);
p -> display();
return 0;
}
运行结果：
王志刚今年23岁了，是个无业游民。
赵宏佳今年45岁了，是个无业游民。
我们直观上认为，如果指针指向了派生类对象，那么就应该使用派生类的成员变量和成员函数，这符合人们的思维习惯。但是本例的运行结果却告诉我们，当基类指针 p 指向派生类 Teacher 的对象时，虽然使用了 Teacher 的成员变量，但是却没有使用它的成员函数，导致输出结果不伦不类（赵宏佳本来是一名老师，输出结果却显示人家是个无业游民），不符合我们的预期。
换句话说，通过基类指针只能访问派生类的成员变量，但是不能访问派生类的成员函数。
为了消除这种尴尬，让基类指针能够访问派生类的成员函数，C++ 增加了虚函数（Virtual Function）。使用虚函数非常简单，只需要在函数声明前面增加 virtual 关键字。
更改上面的代码，将 display() 声明为虚函数：
#include
using namespace std;
//基类People
class People{
public:
People(char *name, int age);
virtual void display(); //声明为虚函数
protected:
char *m_name;
int m_age;
};
People::People(char *name, int age): m_name(name), m_age(age){}
void People::display(){
cout< display();
p = new Teacher("赵宏佳", 45, 8200);
p -> display();
return 0;
}
运行结果：
王志刚今年23岁了，是个无业游民。
赵宏佳今年45岁了，是一名教师，每月有8200元的收入。
和前面的例子相比，本例仅仅是在 display() 函数声明前加了一个virtual关键字，将成员函数声明为了虚函数（Virtual Function），这样就可以通过 p 指针调用 Teacher 类的成员函数了，运行结果也证明了这一点（赵宏佳已经是一名老师了，不再是无业游民了）。
有了虚函数，基类指针指向基类对象时就使用基类的成员（包括成员函数和成员变量），指向派生类对象时就使用派生类的成员。换句话说，基类指针可以按照基类的方式来做事，也可以按照派生类的方式来做事，它有多种形态，或者说有多种表现方式，我们将这种现象称为多态（Polymorphism）。
上面的代码中，同样是p->display();这条语句，当 p 指向不同的对象时，它执行的操作是不一样的。同一条语句可以执行不同的操作，看起来有不同表现方式，这就是多态。
多态是面向对象编程的主要特征之一，C++中虚函数的唯一用处就是构成多态。
C++提供多态的目的是：可以通过基类指针对所有派生类（包括直接派生和间接派生）的成员变量和成员函数进行“全方位”的访问，尤其是成员函数。如果没有多态，我们只能访问成员变量。
前面我们说过，通过指针调用普通的成员函数时会根据指针的类型（通过哪个类定义的指针）来判断调用哪个类的成员函数，但是通过本节的分析可以发现，这种说法并不适用于虚函数，虚函数是根据指针的指向来调用的，指针指向哪个类的对象就调用哪个类的虚函数。
但是话又说回来，对象的内存模型是非常干净的，没有包含任何成员函数的信息，编译器究竟是根据什么找到了成员函数呢？我们将在《C++虚函数表精讲教程，直戳多态的实现机制》一节中给出答案。
6.2 C++虚函数注意事项以及构成多态的条件
C++ 虚函数对于多态具有决定性的作用，有虚函数才能构成多态。上节《C++多态和虚函数快速入门教程》我们已经介绍了虚函数的概念，这节我们来重点说一下虚函数的注意事项。
1) 只需要在虚函数的声明处加上 virtual 关键字，函数定义处可以加也可以不加。
2) 为了方便，你可以只将基类中的函数声明为虚函数，这样所有派生类中具有遮蔽关系的同名函数都将自动成为虚函数。关于名字遮蔽已在《C++继承时的名字遮蔽》一节中进行了讲解。【C++ 允许多个函数拥有相同的名字，只要它们的参数列表不同就可以，这就是函数的重载（Function Overloading）】
3) 当在基类中定义了虚函数时，如果派生类没有定义新的函数来遮蔽此函数【如果派生类中的成员（包括成员变量和成员函数）和基类中的成员重名，那么就会遮蔽从基类继承过来的成员。所谓遮蔽，就是在派生类中使用该成员（包括在定义派生类时使用，也包括通过派生类对象访问该成员）时，实际上使用的是派生类新增的成员，而不是从基类继承来的。】，那么将使用基类的虚函数。
4) 只有派生类的虚函数覆盖基类的虚函数（函数原型相同）才能构成多态（通过基类指针访问派生类函数）。例如基类虚函数的原型为virtual void func();，派生类虚函数的原型为virtual void func(int);，那么当基类指针 p 指向派生类对象时，语句p -> func(100);将会出错，而语句p -> func();将调用基类的函数。
5) 构造函数不能是虚函数。对于基类的构造函数，它仅仅是在派生类构造函数中被调用，这种机制不同于继承。也就是说，派生类不继承基类的构造函数，将构造函数声明为虚函数没有什么意义。
6) 析构函数可以声明为虚函数，而且有时候必须要声明为虚函数
构成多态的条件
站在“学院派”的角度讲， 封装、继承和多态是面向对象的三大特征，封装、继承分别在《C++类成员的访问权限以及类的封装》《C++继承和派生简明教程》中进行了讲解，而多态是指通过基类的指针既可以访问基类的成员，也可以访问派生类的成员。
下面是构成多态的条件：
- 必须存在继承关系；
- 继承关系中必须有同名的虚函数，并且它们是覆盖关系（函数原型相同）。
- 存在基类的指针，通过该指针调用虚函数。
#include
using namespace std;
//基类Base
class Base{
public:
virtual void func();
virtual void func(int);
};
void Base::func(){
cout<<"void Base::func()"< func(); //输出void Derived::func()
p -> func(10); //输出void Base::func(int)
p -> func("http://c.biancheng.net"); //compile error
return 0;
}
在基类 Base 中我们将void func()声明为虚函数，这样派生类 Derived 中的void func()就会自动成为虚函数。p 是基类 Base 的指针，但是指向了派生类 Derived 的对象。
语句p -> func();调用的是派生类的虚函数，构成了多态。
语句p -> func(10);调用的是基类的虚函数，因为派生类中没有函数覆盖它。
语句p -> func("http://c.biancheng.net");出现编译错误，因为通过基类的指针只能访问从基类继承过去的成员，不能访问派生类新增的成员。
什么时候声明虚函数
首先看成员函数所在的类是否会作为基类。然后看成员函数在类的继承后有无可能被更改功能，如果希望更改其功能的，一般应该将它声明为虚函数。如果成员函数在类被继承后功能不需修改，或派生类用不到该函数，则不要把它声明为虚函数。
7、重载
7.1 C++运算符重载基础教程
所谓重载，就是赋予新的含义。函数重载（Function Overloading）可以让一个函数名有多种功能，在不同情况下进行不同的操作。运算符重载（Operator Overloading）也是一个道理，同一个运算符可以有不同的功能。
实际上，我们已经在不知不觉中使用了运算符重载。例如，+号可以对不同类型（int、float 等）的数据进行加法操作；<<既是位移运算符，又可以配合 cout 向控制台输出数据。C++本身已经对这些运算符进行了重载。
C++ 也允许程序员自己重载运算符，这给我们带来了很大的便利。
下面的代码定义了一个复数类，通过运算符重载，可以用+号实现复数的加法运算：
#include
using namespace std;
class complex{
public:
complex();
complex(double real, double imag);
public:
//声明运算符重载
complex operator+(const complex &A) const;
void display() const;
private:
double m_real; //实部
double m_imag; //虚部
};
complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
//实现运算符重载
complex complex::operator+(const complex &A) const{
complex B;
B.m_real = this->m_real + A.m_real;
B.m_imag = this->m_imag + A.m_imag;
return B;
}
void complex::display() const{
cout<
运行结果： 6.7 + 9.5i
本例中义了一个复数类 complex，m_real 表示实部，m_imag 表示虚部，第 10 行声明了运算符重载，第 21 行进行了实现（定义）。认真观察这两行代码，可以发现运算符重载的形式与函数非常类似。
运算符重载其实就是定义一个函数，在函数体内实现想要的功能，当用到该运算符时，编译器会自动调用这个函数。也就是说，运算符重载是通过函数实现的，它本质上是函数重载。
运算符重载的格式为：
返回值类型 operator 运算符名称 (形参表列){
//TODO:
}
operator是关键字，专门用于定义重载运算符的函数。我们可以将operator 运算符名称这一部分看做函数名，对于上面的代码，函数名就是operator+。
运算符重载函数除了函数名有特定的格式，其它地方和普通函数并没有区别。
上面的例子中，我们在 complex 类中重载了运算符+，该重载只对 complex 对象有效。当执行c3 = c1 + c2;语句时，编译器检测到+号左边（+号具有左结合性，所以先检测左边）是一个 complex 对象，就会调用成员函数operator+()，也就是转换为下面的形式：
c3 = c1.operator+(c2);
c1 是要调用函数的对象，c2 是函数的实参
上面的运算符重载还可以有更加简练的定义形式：
complex complex::operator+(const complex &A)const{
return complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag);
}
return 语句中的complex(this->m_real + A.m_real, this->m_imag + A.m_imag)会创建一个临时对象，这个对象没有名称，是一个匿名对象。在创建临时对象过程中调用构造函数，return 语句将该临时对象作为函数返回值。
在全局范围内重载运算符
运算符重载函数不仅可以作为类的成员函数，还可以作为全局函数。更改上面的代码，在全局范围内重载+，实现复数的加法运算：
#include
using namespace std;
class complex{
public:
complex();
complex(double real, double imag);
public:
void display() const;
//声明为友元函数
friend complex operator+(const complex &A, const complex &B);
private:
double m_real;
double m_imag;
};
complex operator+(const complex &A, const complex &B);
complex::complex(): m_real(0.0), m_imag(0.0){ }
complex::complex(double real, double imag): m_real(real), m_imag(imag){ }
void complex::display() const{
cout<
运算符重载函数不是 complex 类的成员函数，但是却用到了 complex 类的 private 成员变量，所以必须在 complex 类中将该函数声明为友元函数。
当执行c3 = c1 + c2;语句时，编译器检测到+号两边都是 complex 对象，就会转换为类似下面的函数调用：
c3 = operator+(c1, c2);
虽然运算符重载所实现的功能完全可以用函数替代，但运算符重载使得程序的书写更加人性化，易于阅读。运算符被重载后，原有的功能仍然保留，没有丧失或改变。通过运算符重载，扩大了C++已有运算符的功能，使之能用于对象。
7.2 C++运算符重载时要遵循的规则
运算符重载是通过函数重载实现的，概念上大家都很容易理解，这节我们来说一下运算符重载的注意事项。
1) 并不是所有的运算符都可以重载。能够重载的运算符包括：+ - * / % ^ & | ~ ! = < > += -= *= /= %= ^= &= |= << >> <<= >>= == != <= >= && || ++ -- , ->* -> () [] new new[] delete delete[]
上述运算符中，[]是下标运算符，()是函数调用运算符。自增自减运算符的前置和后置形式都可以重载。长度运算符sizeof、条件运算符: ?、成员选择符.和域解析运算符::不能被重载。
2) 重载不能改变运算符的优先级和结合性。假设上一节的 complex 类中重载了+和*，并且 c1、c2、c3、c4 都是 complex 类的对象，那么下面的语句：c4 = c1 + c2 * c3; 等价于： c4 = c1 + ( c2 * c3 );乘法的优先级仍然高于加法，并且它们仍然是二元运算符
3) 重载不会改变运算符的用法，原有有几个操作数、操作数在左边还是在右边，这些都不会改变。例如~号右边只有一个操作数，+号总是出现在两个操作数之间，重载后也必须如此。
4) 运算符重载函数不能有默认的参数，否则就改变了运算符操作数的个数，这显然是错误的。
5) 运算符重载函数既可以作为类的成员函数，也可以作为全局函数。
将运算符重载函数作为类的成员函数时，二元运算符的参数只有一个，一元运算符不需要参数。之所以少一个参数，是因为这个参数是隐含的。
例如，上节的 complex 类中重载了加法运算符： complex operator+(const complex & A) const;
当执行： c3 = c1 + c2; 会被转换为： c3 = c1.operator+(c2);
通过 this 指针隐式的访问 c1 的成员变量。
将运算符重载函数作为全局函数时，二元操作符就需要两个参数，一元操作符需要一个参数，而且其中必须有一个参数是对象，好让编译器区分这是程序员自定义的运算符，防止程序员修改用于内置类型的运算符的性质。
例如，下面这样是不对的：
int operator + (int a,int b){
return (a-b);
}
+号原来是对两个数相加，现在企图通过重载使它的作用改为两个数相减， 如果允许这样重载的话，那么表达式4+3的结果是 7 还是 1 呢？显然，这是绝对禁止的。
如果有两个参数，这两个参数可以都是对象，也可以一个是对象，一个是C ++内置类型的数据，例如：
complex operator+(int a, complex &c){
return complex(a+c.real, c.imag);
}
它的作用是使一个整数和一个复数相加。
另外，将运算符重载函数作为全局函数时，一般都需要在类中将该函数声明为友元函数。原因很简单，该函数大部分情况下都需要使用类的 private 成员。
上节的最后一个例子中，我们在全局范围内重载了+号，并在 complex 类中将运算符重载函数声明为友元函数，因为该函数使用到了 complex 类的 m_real 和 m_imag 两个成员变量，它们都是 private 属性的，默认不能在类的外部访问。
6) 箭头运算符->、下标运算符[ ]、函数调用运算符( )、赋值运算符=只能以成员函数的形式重载。
7.3 C++重载数学运算符（实例演示）
四则运算符（+、-、*、/、+=、-=、*=、/=）和关系运算符（>、<、<=、>=、==、!=）都是数学运算符，它们在实际开发中非常常见，被重载的几率也很高，并且有着相似的重载格式。本节以复数类 Complex 为例对它们进行重载，重在演示运算符重载的语法以及规范。
复数能够进行完整的四则运算，但不能进行完整的关系运算：我们只能判断两个复数是否相等，但不能比较它们的大小，所以不能对 >、<、<=、>= 进行重载。下面是具体的代码：
#include
#include
using namespace std;
//复数类
class Complex{
public: //构造函数
Complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ }
public: //运算符重载
//以全局函数的形式重载
friend Complex operator+(const Complex &c1, const Complex &c2);
friend Complex operator-(const Complex &c1, const Complex &c2);
friend Complex operator*(const Complex &c1, const Complex &c2);
friend Complex operator/(const Complex &c1, const Complex &c2);
friend bool operator==(const Complex &c1, const Complex &c2);
friend bool operator!=(const Complex &c1, const Complex &c2);
//以成员函数的形式重载
Complex & operator+=(const Complex &c);
Complex & operator-=(const Complex &c);
Complex & operator*=(const Complex &c);
Complex & operator/=(const Complex &c);
public: //成员函数
double real() const{ return m_real; }
double imag() const{ return m_imag; }
private:
double m_real; //实部
double m_imag; //虚部
};
//重载+运算符
Complex operator+(const Complex &c1, const Complex &c2){
Complex c;
c.m_real = c1.m_real + c2.m_real;
c.m_imag = c1.m_imag + c2.m_imag;
return c;
}
//重载-运算符
Complex operator-(const Complex &c1, const Complex &c2){
Complex c;
c.m_real = c1.m_real - c2.m_real;
c.m_imag = c1.m_imag - c2.m_imag;
return c;
}
//重载*运算符 (a+bi) * (c+di) = (ac-bd) + (bc+ad)i
Complex operator*(const Complex &c1, const Complex &c2){
Complex c;
c.m_real = c1.m_real * c2.m_real - c1.m_imag * c2.m_imag;
c.m_imag = c1.m_imag * c2.m_real + c1.m_real * c2.m_imag;
return c;
}
//重载/运算符 (a+bi) / (c+di) = [(ac+bd) / (c²+d²)] + [(bc-ad) / (c²+d²)]i
Complex operator/(const Complex &c1, const Complex &c2){
Complex c;
c.m_real = (c1.m_real*c2.m_real + c1.m_imag*c2.m_imag) / (pow(c2.m_real, 2) + pow(c2.m_imag, 2));
c.m_imag = (c1.m_imag*c2.m_real - c1.m_real*c2.m_imag) / (pow(c2.m_real, 2) + pow(c2.m_imag, 2));
return c;
}
//重载==运算符
bool operator==(const Complex &c1, const Complex &c2){
if( c1.m_real == c2.m_real && c1.m_imag == c2.m_imag ){
return true;
}else{
return false;
}
}
//重载!=运算符
bool operator!=(const Complex &c1, const Complex &c2){
if( c1.m_real != c2.m_real || c1.m_imag != c2.m_imag ){
return true;
}else{
return false;
}
}
//重载+=运算符
Complex & Complex::operator+=(const Complex &c){
this->m_real += c.m_real;
this->m_imag += c.m_imag;
return *this;
}
//重载-=运算符
Complex & Complex::operator-=(const Complex &c){
this->m_real -= c.m_real;
this->m_imag -= c.m_imag;
return *this;
}
//重载*=运算符
Complex & Complex::operator*=(const Complex &c){
this->m_real = this->m_real * c.m_real - this->m_imag * c.m_imag;
this->m_imag = this->m_imag * c.m_real + this->m_real * c.m_imag;
return *this;
}
//重载/=运算符
Complex & Complex::operator/=(const Complex &c){
this->m_real = (this->m_real*c.m_real + this->m_imag*c.m_imag) / (pow(c.m_real, 2) + pow(c.m_imag, 2));
this->m_imag = (this->m_imag*c.m_real - this->m_real*c.m_imag) / (pow(c.m_real, 2) + pow(c.m_imag, 2));
return *this;
}
int main(){
Complex c1(25, 35);
Complex c2(10, 20);
Complex c3(1, 2);
Complex c4(4, 9);
Complex c5(34, 6);
Complex c6(80, 90);
Complex c7 = c1 + c2;
Complex c8 = c1 - c2;
Complex c9 = c1 * c2;
Complex c10 = c1 / c2;
cout<<"c7 = "<
需要注意的是，我们以全局函数的形式重载了 +、-、*、/、==、!=，以成员函数的形式重载了 +=、-=、*=、/=，而且应该坚持这样做，不能一股脑都写作成员函数或者全局函数
7.4 C++重载>>和<<（输入和输出运算符）详解
在C++中，标准库本身已经对左移运算符<<和右移运算符>>分别进行了重载，使其能够用于不同数据的输入输出，但是输入输出的对象只能是 C++ 内置的数据类型（例如 bool、int、double 等）和标准库所包含的类类型（例如 string、complex、ofstream、ifstream 等）。
如果我们自己定义了一种新的数据类型，需要用输入输出运算符去处理，那么就必须对它们进行重载。本节以前面的 complex 类为例来演示输入输出运算符的重载。
其实 C++ 标准库已经提供了 complex 类，能够很好地支持复数运算，但是这里我们又自己定义了一个 complex 类，这样做仅仅是为了教学演示。
本节要达到的目标是让复数的输入输出和 int、float 等基本类型一样简单。假设 num1、num2 是复数，那么输出形式就是：
cout<输入形式就是： cin>>num1>>num2;
cout 是 ostream 类的对象，cin 是 istream 类的对象，要想达到这个目标，就必须以全局函数（友元函数）的形式重载<<和>>，否则就要修改标准库中的类，这显然不是我们所期望的。
重载输入运算符>>
下面我们以全局函数的形式重载>>，使它能够读入两个 double 类型的数据，并分别赋值给复数的实部和虚部：
istream & operator>>(istream &in, complex &A){
in >> A.m_real >> A.m_imag;
return in;
}
istream 表示输入流，cin 是 istream 类的对象，只不过这个对象是在标准库中定义的。之所以返回 istream 类对象的引用，是为了能够连续读取复数，让代码书写更加漂亮，例如：
complex c1, c2;
cin>>c1>>c2;
如果不返回引用，那就只能一个一个地读取了：
complex c1, c2;
cin>>c1;
cin>>c2;
另外，运算符重载函数中用到了 complex 类的 private 成员变量，必须在 complex 类中将该函数声明为友元函数：
friend istream & operator>>(istream & in , complex &a);
>>运算符可以按照下面的方式使用：
complex c;
cin>>c;
当输入1.45 2.34↙后，这两个小数就分别成为对象 c 的实部和虚部了。cin>> c;这一语句其实可以理解为：
operator<<(cin , c);
重载输出运算符<<
同样地，我们也可以模仿上面的形式对输出运算符>>进行重载，让它能够输出复数，请看下面的代码：
ostream & operator<<(ostream &out, complex &A){
out << A.m_real <<" + "<< A.m_imag <<" i ";
return out;
}
ostream 表示输出流，cout 是 ostream 类的对象。由于采用了引用的方式进行参数传递，并且也返回了对象的引用，所以重载后的运算符可以实现连续输出。
为了能够直接访问 complex 类的 private 成员变量，同样需要将该函数声明为 complex 类的友元函数：
friend ostream & operator<<(ostream &out, complex &A);
综合演示
结合输入输出运算符的重载，重新实现 complex 类：
#include
using namespace std;
class complex{
public:
complex(double real = 0.0, double imag = 0.0): m_real(real), m_imag(imag){ };
public:
friend complex operator+(const complex & A, const complex & B);
friend complex operator-(const complex & A, const complex & B);
friend complex operator*(const complex & A, const complex & B);
friend complex operator/(const complex & A, const complex & B);
friend istream & operator>>(istream & in, complex & A);
friend ostream & operator<<(ostream & out, complex & A);
private:
double m_real; //实部
double m_imag; //虚部
};
//重载加法运算符
complex operator+(const complex & A, const complex &B){
complex C;
C.m_real = A.m_real + B.m_real;
C.m_imag = A.m_imag + B.m_imag;
return C;
}
//重载减法运算符
complex operator-(const complex & A, const complex &B){
complex C;
C.m_real = A.m_real - B.m_real;
C.m_imag = A.m_imag - B.m_imag;
return C;
}
//重载乘法运算符
complex operator*(const complex & A, const complex &B){
complex C;
C.m_real = A.m_real * B.m_real - A.m_imag * B.m_imag;
C.m_imag = A.m_imag * B.m_real + A.m_real * B.m_imag;
return C;
}
//重载除法运算符
complex operator/(const complex & A, const complex & B){
complex C;
double square = A.m_real * A.m_real + A.m_imag * A.m_imag;
C.m_real = (A.m_real * B.m_real + A.m_imag * B.m_imag)/square;
C.m_imag = (A.m_imag * B.m_real - A.m_real * B.m_imag)/square;
return C;
}
//重载输入运算符
istream & operator>>(istream & in, complex & A){
in >> A.m_real >> A.m_imag;
return in;
}
//重载输出运算符
ostream & operator<<(ostream & out, complex & A){
out << A.m_real <<" + "<< A.m_imag <<" i ";;
return out;
}
int main(){
complex c1, c2, c3;
cin>>c1>>c2;
c3 = c1 + c2;
cout<<"c1 + c2 = "< 7.5 C++重载[]（下标运算符）详解
C++ 规定，下标运算符[ ]必须以成员函数的形式进行重载。该重载函数在类中的声明格式如下：
返回值类型 & operator[ ] (参数);
或者：
const 返回值类型 & operator[ ] (参数) const;
使用第一种声明方式，[ ]不仅可以访问元素，还可以修改元素。使用第二种声明方式，[ ]只能访问而不能修改元素。在实际开发中，我们应该同时提供以上两种形式，这样做是为了适应 const 对象，因为通过 const 对象只能调用 const 成员函数，如果不提供第二种形式，那么将无法访问 const 对象的任何元素。
下面我们通过一个具体的例子来演示如何重载[ ]。我们知道，有些较老的编译器不支持变长数组，例如 VC6.0、VS2010 等，这有时候会给编程带来不便，下面我们通过自定义的 Array 类来实现变长数组。
#include
using namespace std;
class Array{
public:
Array(int length = 0);
~Array();
public:
int & operator[](int i);
const int & operator[](int i) const;
public:
int length() const { return m_length; }
void display() const;
private:
int m_length; //数组长度
int *m_p; //指向数组内存的指针
};
Array::Array(int length): m_length(length){
if(length == 0){
m_p = NULL;
}else{
m_p = new int[length];
}
}
Array::~Array(){
delete[] m_p;
}
int& Array::operator[](int i){
return m_p[i];
}
const int & Array::operator[](int i) const{
return m_p[i];
}
void Array::display() const{
for(int i = 0; i < m_length; i++){
if(i == m_length - 1){
cout<>n;
Array A(n);
for(int i = 0, len = A.length(); i < len; i++){
A[i] = i * 5;
}
A.display();
const Array B(n);
cout<
重载[ ]运算符以后，表达式arr[i]会被转换为： arr.operator[ ](i);
需要说明的是，B 是 const 对象，如果 Array 类没有提供 const 版本的operator[ ]，那么第 60 行代码将报错。虽然第 60 行代码只是读取对象的数据，并没有试图修改对象，但是它调用了非 const 版本的operator[ ]，编译器不管实际上有没有修改对象，只要是调用了非 const 的成员函数，编译器就认为会修改对象（至少有这种风险）。
7.6 C++重载++和--（自增和自减运算符）详解
自增++和自减--都是一元运算符，它的前置形式和后置形式都可以被重载。请看下面的例子：
#include
#include
using namespace std;
//秒表类
class stopwatch{
public:
stopwatch(): m_min(0), m_sec(0){ }
public:
void setzero(){ m_min = 0; m_sec = 0; }
stopwatch run(); // 运行
stopwatch operator++(); //++i，前置形式
stopwatch operator++(int); //i++，后置形式
friend ostream & operator<<( ostream &, const stopwatch &);
private:
int m_min; //分钟
int m_sec; //秒钟
};
stopwatch stopwatch::run(){
++m_sec;
if(m_sec == 60){
m_min++;
m_sec = 0;
}
return *this;
}
stopwatch stopwatch::operator++(){
return run();
}
stopwatch stopwatch::operator++(int n){
stopwatch s = *this;
run();
return s;
}
ostream &operator<<( ostream & out, const stopwatch & s){
out<
上面的代码定义了一个简单的秒表类，m_min 表示分钟，m_sec 表示秒钟，setzero() 函数用于秒表清零，run() 函数是用来描述秒针前进一秒的动作，接下来是三个运算符重载函数。
先来看一下 run() 函数的实现，run() 函数一开始让秒针自增，如果此时自增结果等于60了，则应该进位，分钟加1，秒针置零。
operator++() 函数实现自增的前置形式，直接返回 run() 函数运行结果即可。
operator++ (int n) 函数实现自增的后置形式，返回值是对象本身，但是之后再次使用该对象时，对象自增了，所以在该函数的函数体中，先将对象保存，然后调用一次 run() 函数，之后再将先前保存的对象返回。在这个函数中参数n是没有任何意义的，它的存在只是为了区分是前置形式还是后置形式。
自减运算符的重载与上面类似，这里不再赘述。
7.7 C++重载new和delete运算符详解
内存管理运算符 new、new[]、delete 和 delete[] 也可以进行重载，其重载形式既可以是类的成员函数，也可以是全局函数。一般情况下，内建的内存管理运算符就够用了，只有在需要自己管理内存时才会重载。
以成员函数的形式重载 new 运算符：
void * className::operator new( size_t size ){
//TODO:
}
以全局函数的形式重载 new 运算符：
void * operator new( size_t size ){
//TODO:
}
两种重载形式的返回值相同，都是void *类型，并且都有一个参数，为size_t类型。在重载 new 或 new[] 时，无论是作为成员函数还是作为全局函数，它的第一个参数必须是 size_t 类型。size_t 表示的是要分配空间的大小，对于 new[] 的重载函数而言，size_t 则表示所需要分配的所有空间的总和。
size_t 在头文件 中被定义为typedef unsigned int size_t;，也就是无符号整型。
当然，重载函数也可以有其他参数，但都必须有默认值，并且第一个参数的类型必须是 size_t。
同样的，delete 运算符也有两种重载形式。以类的成员函数的形式进行重载：
void className::operator delete( void *ptr){
//TODO:
}
以全局函数的形式进行重载：
void operator delete( void *ptr){
//TODO:
}
两种重载形式的返回值都是 void 类型，并且都必须有一个 void 类型的指针作为参数，该指针指向需要释放的内存空间。当我们以类的成员函数的形式重载了new 和 delete 操作符，其使用方法如下：
C * c = new C; //分配内存空间
//TODO:
delete c; //释放内存空间
如果类中没有定义 new 和 delete 的重载函数，那么会自动调用内建的 new 和 delete 运算符。
7.8 C++重载()（强制类型转换运算符）
在 C++ 中，类型的名字（包括类的名字）本身也是一种运算符，即类型强制转换运算符。
类型强制转换运算符是单目运算符，也可以被重载，但只能重载为成员函数，不能重载为全局函数。经过适当重载后，(类型名)对象这个对对象进行强制类型转换的表达式就等价于对象.operator 类型名()，即变成对运算符函数的调用。
下面的程序对 double 类型强制转换运算符进行了重载。
#include
using namespace std;
class Complex
{
double real, imag;
public:
Complex(double r = 0, double i = 0) :real(r), imag(i) {};
operator double() { return real; } //重载强制类型转换运算符 double
};
int main()
{
Complex c(1.2, 3.4);
cout << (double)c << endl; //输出 1.2
double n = 2 + c; //等价于 double n = 2 + c. operator double()
cout << n; //输出 3.2
}
第 8 行对 double 运算符进行了重载。重载强制类型转换运算符时，不需要指定返回值类型，因为返回值类型是确定的，就是运算符本身代表的类型，在这里就是 double。
重载后的效果是，第 13 行的(double)c等价于c.operator double()。
有了对 double 运算符的重载，在本该出现 double 类型的变量或常量的地方，如果出现了一个 Complex 类型的对象，那么该对象的 operator double 成员函数就会被调用，然后取其返回值使用。
例如第 14 行，编译器认为本行中c这个位置如果出现的是 double 类型的数据，就能够解释得通，而 Complex 类正好重载了 double 运算符，因而本行就等价于： double n = 2 + c.operator double();
7.9 C++运算符重载注意事项以及汇总
在 C++ 中进行运算符重载时，有以下问题需要注意：
- 重载后运算符的含义应该符合原有用法习惯。例如重载
+运算符，完成的功能就应该类似于做加法，在重载的+运算符中做减法是不合适的。此外，重载应尽量保留运算符原有的特性。
- C++ 规定，运算符重载不改变运算符的优先级。
- 以下运算符不能被重载：
.、.*、::、? :、sizeof。
- 重载运算符
()、[]、->、或者赋值运算符=时，只能将它们重载为成员函数，不能重载为全局函数。
运算符重载的实质是将运算符重载为一个函数，使用运算符的表达式就被解释为对重载函数的调用。
运算符可以重载为全局函数。此时函数的参数个数就是运算符的操作数个数，运算符的操作数就成为函数的实参。
运算符也可以重载为成员函数。此时函数的参数个数就是运算符的操作数个数减一，运算符的操作数有一个成为函数作用的对象，其余的成为函数的实参。
必要时需要重载赋值运算符=，以避免两个对象内部的指针指向同一片存储空间。
运算符可以重载为全局函数，然后声明为类的友元。
<<和>>是在 iostream 中被重载，才成为所谓的“流插入运算符”和“流提取运算符”的。
类型的名字可以作为强制类型转换运算符，也可以被重载为类的成员函数。它能使得对象被自动转换为某种类型。
自增、自减运算符各有两种重载方式，用于区别前置用法和后置用法。
运算符重载不改变运算符的优先级。重载运算符时，应该尽量保留运算符原本的特性。
8 模版
8.1 C++函数模板5分钟入门教程
在《C++函数重载》一节中，为了交换不同类型的变量的值，我们通过函数重载定义了四个名字相同、参数列表不同的函数，如下所示：
//交换 int 变量的值
void Swap(int *a, int *b){
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
//交换 float 变量的值
void Swap(float *a, float *b){
float temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
//交换 char 变量的值
void Swap(char *a, char *b){
char temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
//交换 bool 变量的值
void Swap(bool *a, bool *b){
char temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
这些函数虽然在调用时方便了一些，但从本质上说还是定义了三个功能相同、函数体相同的函数，只是数据的类型不同而已，这看起来有点浪费代码，能不能把它们压缩成一个函数呢？
能！可以借助本节讲的函数模板。
我们知道，数据的值可以通过函数参数传递，在函数定义时数据的值是未知的，只有等到函数调用时接收了实参才能确定其值。这就是值的参数化。
在C++中，数据的类型也可以通过参数来传递，在函数定义时可以不指明具体的数据类型，当发生函数调用时，编译器可以根据传入的实参自动推断数据类型。这就是类型的参数化。
值（Value）和类型（Type）是数据的两个主要特征，它们在C++中都可以被参数化。
所谓函数模板，实际上是建立一个通用函数，它所用到的数据的类型（包括返回值类型、形参类型、局部变量类型）可以不具体指定，而是用一个虚拟的类型来代替（实际上是用一个标识符来占位），等发生函数调用时再根据传入的实参来逆推出真正的类型。这个通用函数就称为函数模板（Function Template）。
在函数模板中，数据的值和类型都被参数化了，发生函数调用时编译器会根据传入的实参来推演形参的值和类型。换个角度说，函数模板除了支持值的参数化，还支持类型的参数化。
一但定义了函数模板，就可以将类型参数用于函数定义和函数声明了。说得直白一点，原来使用 int、float、char 等内置类型的地方，都可以用类型参数来代替。
下面我们就来实践一下，将上面的四个Swap() 函数压缩为一个函数模板：
#include
using namespace std;
template void Swap(T *a, T *b){
T temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
int main(){
//交换 int 变量的值
int n1 = 100, n2 = 200;
Swap(&n1, &n2);
cout<
请读者重点关注第 4 行代码。template是定义函数模板的关键字，它后面紧跟尖括号<>，尖括号包围的是类型参数（也可以说是虚拟的类型，或者说是类型占位符）。typename是另外一个关键字，用来声明具体的类型参数，这里的类型参数就是T。从整体上看，template被称为模板头。
模板头中包含的类型参数可以用在函数定义的各个位置，包括返回值、形参列表和函数体；本例我们在形参列表和函数体中使用了类型参数T。
类型参数的命名规则跟其他标识符的命名规则一样，不过使用 T、T1、T2、Type 等已经成为了一种惯例。
定义了函数模板后，就可以像调用普通函数一样来调用它们了。
下面我们来总结一下定义模板函数的语法：
template 返回值类型 函数名(形参列表){
//在函数体中可以使用类型参数
}
类型参数可以有多个，它们之间以逗号,分隔。类型参数列表以< >包围，形式参数列表以( )包围。
typename关键字也可以使用class关键字替代，它们没有任何区别。C++ 早期对模板的支持并不严谨，没有引入新的关键字，而是用 class 来指明类型参数，但是 class 关键字本来已经用在类的定义中了，这样做显得不太友好，所以后来 C++ 又引入了一个新的关键字 typename，专门用来定义类型参数。不过至今仍然有很多代码在使用 class 关键字，包括 C++ 标准库、一些开源程序等。
函数模板也可以提前声明，不过声明时需要带上模板头，并且模板头和函数定义（声明）是一个不可分割的整体，它们可以换行，但中间不能有分号。
8.2 C++类模板5分钟入门教程
C++ 除了支持函数模板，还支持类模板（Class Template）。函数模板中定义的类型参数可以用在函数声明和函数定义中，类模板中定义的类型参数可以用在类声明和类实现中。类模板的目的同样是将数据的类型参数化。
声明类模板的语法为
template class 类名{
//TODO:
};
类模板和函数模板都是以 template 开头（当然也可以使用 class，目前来讲它们没有任何区别），后跟类型参数；类型参数不能为空，多个类型参数用逗号隔开。
一但声明了类模板，就可以将类型参数用于类的成员函数和成员变量了。换句话说，原来使用 int、float、char 等内置类型的地方，都可以用类型参数来代替。
我们还需要在类外定义成员函数。在类外定义成员函数时仍然需要带上模板头，格式为：
template
返回值类型 类名<类型参数1 , 类型参数2, ...>::函数名(形参列表){
//TODO:
}
第一行是模板头，第二行是函数头，它们可以合并到一行，不过为了让代码格式更加清晰，一般是将它们分成两行
9、拓展知识
9.1 C/C++ 32个关键词，9条语句，34个运算符
https://blog.csdn.net/zmz971751504/article/details/79599597
9.2 数据结构之哈希（hash）表
https://www.cnblogs.com/s-b-b/p/6208565.html
10 输入输出流
10.1 什么是流
程序中常用的 cin 和 cout，分别用于从键盘输入数据和向屏幕输出数据（简称为标准 I/O）。除此之外，程序还可以从文件中读入数据，以及向文件中写入数据（简称为文件 I/O)。
数据输入和输出的过程也是数据传输的过程。数据像水一样从一个地方流动到另一个地方，因此，在 C++ 中将此过程称为 “流（stream）”。
在 C++ 的标准类库中，将用于进行数据输入输出的类统称为“流类”。cin 是流类 istream 的对象，cout 是流类 ostream 的对象。要使用流类，需要在程序中包含 iostream 头文件。
为了避免多继承的二义性，从 ios 派生出 istream 和 ostream 时，均使用了 virtual 关键字（虚继承）。
- istream 是用于输入的流类，cin 就是该类的对象。
- ostream 是用于输出的流类，cout 就是该类的对象。
- ifstream 是用于从文件读取数据的类。
- ofstream 是用于向文件写入数据的类。
- iostream 是既能用于输入，又能用于输出的类。
- fstream 是既能从文件读取数据，又能向文件写入数据的类。
iostream 头文件中定义了四个标准流对象，它们是 cin、cout、cerr 和 clog。
- cin 对应于标准输入流，用于从键盘读取数据，也可以被重定向为从文件中读取数据。
- cout 对应于标准输出流，用于向屏幕输出数据，也可以被重定向为向文件写入数据。
- cerr 对应于标准错误输出流，用于向屏幕输出出错信息，不能被重定向。
- clog 对应于标准错误输出流，用于向屏幕输出出错信息，不能被重定向。
cerr 和 clog的区别在于：cerr 不使用缓冲区，直接向显示器输出信息；而输出到 clog 中的信息会先被存放到缓冲区，缓冲区满或者刷新时才输出到屏幕。
freopen("test.txt", "w", stdout); //将标准输出重定向到 test.txt文件
freopen("input.dat", "r", stdin);//，cin 就不再从键盘读入数据，而是从 input.dat 文件中读人数据
10.2 C++ cout格式化输出（输出格式）
C++ 中常用的输出流操纵算子，它们都是在头文件 iomanip 中定义的；要使用这些流操纵算子，必须包含该头文件。
流操作算子的使用方法
使用这些算子的方法是将算子用 << 和 cout 连用。例如：
cout << hex << 12 << "," << 24;
10.3 C++ cout.put()：输出单个字符
C++ 程序中一般用 ostream 类的 cout 输出流对象和 << 输出运算符实现输出，并且 cout 输出流在内存中有相应的缓冲区。但有时用户还有特殊的输出需求，例如只输出一个字符，这种情况下可以借助该类提供的 put() 成员方法实现。
put() 方法专用于向输出流缓冲区中添加单个字符，其语法格式如下：
ostream＆put(char c);//其中，参数 c 为要输出的字符。该函数会返回一个 ostream 类的引用对象，可以理解返回的是 cout 的引用
put() 函数的参数可以是字符或字符的 ASCII 代码
10.4 C++ cin判断输入结束（读取结束）
cin 可以用来从键盘输入数据；将标准输入重定向为文件后，cin 也可以用来从文件中读入数据。在输入数据的多少不确定，且没有结束标志的情况下，该如何判断输入数据已经读完了呢？
其实，在控制台中输入特殊的控制字符就表示输入结束了：
- 在 Windows 系统中，通过键盘输入时，按 Ctrl+Z 组合键后再按回车键，就代表输入结束。
- 在 UNIX/Linux/Mac OS 系统中，Ctrl+D 代表输入结束。
不管是文件末尾，还是 Ctrl+Z 或者 Ctrl+D，它们都是结束标志；cin 在正常读取时返回 true，遇到结束标志时返回 false，我们可以根据 cin 的返回值来判断是否读取结束。
while (cin >> n){ //输入没有结束，cin 就返回 true，条件就为真
if (maxN < n)
maxN = n;
}
in 读到文件末尾时，cin>>n就会返回 false，从而导致程序结束。
istream 类将>>重载为成员函数，而且这些成员函数的返回值是 cin 的引用。准确地说，cin>>n的返回值的确是 istream & 类型的，而 while 语句中的条件表达式的返回值应该是 bool 类型、整数类型或其他和整数类型兼容的类型，istream & 显然和整数类型不兼容，为什么while(cin>>n)还能成立呢？
这是因为，istream 类对强制类型转换运算符 bool 进行了重载，这使得 cin 对象可以被自动转换成 bool 类型。所谓自动转换的过程，就是调用 cin 的 operator bool() 这个成员函数，而该成员函数可以返回某个标志值，该标志值在 cin 没有读到输入结尾时为 true，读到输入结尾后变为 false。对该标志值的设置，在 operator <<() 成员函数中进行。
如果 cin 在读取过程中发生了错误，cin>>n这样的表达式也会返回 false。
10.5 cin.get()：C++读取单个字符
get() 是 istream 类的成员函数，它有多种重载形式
int get();
此函数从输入流中读入一个字符，返回值就是该字符的 ASCII 码。如果碰到输入的末尾，则返回值为 EOF。
EOF 是 End of File 的缩写。istream 类中从输入流（包括文件）中读取数据的成员函数，在把输入数据都读取完后再进行读取，就会返回 EOF。EOF 是在 iostream 类中定义的一个整型常量，值为 -1。
get() 函数不会跳过空格、制表符、回车等特殊字符，所有的字符都能被读入。[cin>>a则会跳过空格、制表符、回车]
10.6 cin.getline()：C++读入一行字符串（整行数据）
getline() 是 istream 类的成员函数，它有如下两个重载版本：
istream & getline(char* buf, int bufSize);
istream & getline(char* buf, int bufSize, char delim);
第一个版本从输入流中读取 bufSize-1 个字符到缓冲区 buf，或遇到\n为止（哪个条件先满足就按哪个执行）。函数会自动在 buf 中读入数据的结尾添加\0。
第二个版本和第一个版本的区别在于，第一个版本是读到\n为止，第二个版本是读到 delim 字符为止。\n或 delim 都不会被读入 buf，但会被从输入流中取走。
这两个函数的返回值就是函数所作用的对象的引用。如果输入流中\n或 delim 之前的字符个数达到或超过 bufSize，就会导致读入出错，其结果是：虽然本次读入已经完成，但是之后的读入都会失败。
从输入流中读入一行，可以用第一个版本。用cin >> str这种写法是不行的，因为此种读法在碰到行中的空格或制表符时就会停止，因此就不能保证 str 中读入的是整行。
cin.clear(); //调用 istream 的成员函数 clear() 清除 cin 内部的错误标记，此后 cin 又能正常读入了。
10.7 cin.ignore()：C++跳过（忽略）指定字符
ignore() 是 istream 类的成员函数，它的原型是：
istream & ignore(int n =1, int delim = EOF);
此函数的作用是跳过输入流中的 n 个字符，或跳过 delim 及其之前的所有字符，哪个条件先满足就按哪个执行。两个参数都有默认值，因此 cin.ignore() 就等效于 cin.ignore(1, EOF)， 即跳过一个字符。
该函数常用于跳过输入中的无用部分，以便提取有用的部分。例如，输入的电话号码形式是Tel:63652823，Tel:就是无用的内容。
10.8 cin.peek()：C++查看输入流中的下一个字符
peek() 是 istream 类的成员函数，它的原型是：
int peek();
此函数返回输入流中的下一个字符，但是并不将该字符从输入流中取走——相当于只是看了一眼下一个字符，因此叫 peek。
cin.peek() 不会跳过输入流中的空格、回车符。在输入流已经结束的情况下，cin.peek() 返回 EOF。
在输入数据的格式不同，需要预先判断格式再决定如何输入时，peek() 就能起到作用。
10.9 C++处理输入输出错误
当处理输入输出时，我们必须预计到其中可能发生的错误并给出相应的处理措施。
- 当我们输入时，可能会由于人的失误（错误理解了指令、打字错误、允许自家的小猫在键盘上散步等）、文件格式不符、错误估计了情况等原因造成读取失败。
- 当我们输出时，如果输出设备不可用、队列满或者发生了故障等，都会导致写入失败。
发生输入输出错误的可能情况是无限的！但 C++ 将所有可能的情况归结为四类，称为流状态（stream state）。每种流状态都用一个 iostate 类型的标志位来表示。
不幸的是，fail() 和 bad() 之间的区别并未被准确定义，程序员对此的观点各种各样。但是，基本的思想很简单：
- 如果输入操作遇到一个简单的格式错误，则使流进入 fail() 状态，也就是假定我们（输入操作的用户）可以从错误中恢复。
- 如果错误真的非常严重，例如发生了磁盘故障，输入操作会使得流进入 bad() 状态。也就是假定面对这种情况你所能做的很有限，只能退出输入。
int i = 0;
cin >> i;
if(!cin){ //只有输入操作失败，才会跳转到这里
if(cin.bad()){ //流发生严重故障，只能退出函数
error("cin is bad!"); //error是自定义函数，它抛出异常，并给出提示信息
}
if(cin.eof()){ //检测是否读取结束
//TODO:
}
if(cin.fail()){ //流遇到了一些意外情况
cin.clear(); //清除/恢复流状态
//TODO:
}
}
!cin 可以理解为“cin 不成功”或者“cin 发生了某些错误”或者“ cin 的状态不是 good()”， 这与“操作成功”正好相反
请注意我们在处理 fail() 时所使用的 cin.clear()。当流发生错误时，我们可以进行错误恢复。为了恢复错误，我们显式地将流从 fail() 状态转移到其他状态，从而可以继续从中读取字符。clear() 就起到这样的作用——执行 cin.clear() 后，cin 的状态就变为 good()。
与 istream—样，ostream 也有四个状态：good()、fail()、eof() 和 bad()。不过，对于本教程的读者来说，输出错误要比输入错误少得多，因此通常不对 ostream 进行状态检测。如果程序运行环境中输出设备不可用、队列满或者发生故障的概率很高，我们就可以像处理输入操作那样，在每次输出操作之后都检测其状态。
10.10 C++管理输出缓冲区
每个输出流都管理一个缓冲区，用来保存程序读写的数据。例如，如果执行下而的代码：
cout << "http://c.biancheng.net/cplus/";
文本串可能立即打印出来，但也有可能被操作系统保存在缓冲区中，随后再打印。
有了缓冲机制，操作系统就可以将程序的多个输出操作组合成单一的系统级写操作。由于设备的写操作可能很耗时，允许操作系统将多个输出操作组合为单一的设备写操作可以带来很大的性能提升。
导致缓冲刷新（数据真正写到输出设备或文件）的原因有很多：
- 程序正常结束，作为 main() 函数的 return 操作的一部分，缓冲刷新被执行。
- 缓冲区满时，需要刷新缓冲，而后新的数据才能继续写入缓冲区。
- 我们可以使用操纵符如 endl 来显式刷新缓冲区。
- 在每个输出操作之后，我们可以用操作符 unitbuf 设置流的内部状态，来清空缓冲区。默认情况下，对 cerr 是设置 unitbuf 的，因此写到 cerr 的内容都是立即刷新的。
- 一个输出流可能被关联到另一个流。在这种情况下，当读写被关联的流时，关联到的流的缓冲区会被刷新。例如，默认情况下，cin 和 cerr 都关联到 cout。因此，读 cin 或写 cerr 都会导致 cout 的缓冲区被刷新。
10.10.1 刷新输出缓冲区
我们已经使用过操作符 endl，它完成换行并刷新缓冲区的工作。IO 库中还有两个类似的操纵符：
- flush 和 ends。flush 刷新缓冲区，但不输出任何额外的字符；
- ends向缓冲区插入一个空字符，然后刷新缓冲区。
值得一提得是，cout 所属 ostream 类中还提供有 flush() 成员方法，它和 flush 操纵符的功能完全一样，仅在使用方法上（ cout.flush() ）有区别。
cout << "hi!" << endl; //输出hi和一个换行，然后刷新缓冲区
cout << "hi!" << flush; //输出hi，然后刷新缓冲区，不附加任何额外字符
cout << "hi!" << ends; //输出hi和一个空字符，然后刷新缓冲区
10.10.2 unitbuf 操作符
如果想在每次输出操作后都刷新缓冲区，我们可以使用 unitbuf 操作符，它告诉流在接下来的每次写操作之后都进行一次 flush 操作。而 nounitbuf 操作符则重置流， 使其恢复使用正常的系统管理的缓冲区刷新机制：
cout << unitbuf; //所有输出操作后都会立即刷新缓冲区
//任何输出都立即刷新，无缓冲
cout << nounitbuf; //回到正常的缓冲方式
警告：如果程序崩溃，输出缓冲区不会被刷新
如果程序异常终止，输出缓冲区是不会被刷新的。当一个程序崩溃后，它所输出的数据很可能停留在输出缓冲区中等待打印。
当调试一个已经崩溃的程序时，需要确认那些你认为已经输出的数据确实已经刷新了。否则，可能将大量时间浪费在追踪代码为什么没有执行上，而实际上代码已经执行了，只是程序崩溃后缓冲区没有被刷新，输出数据被挂起没有打印而已。
11 文件操作
11.1 计算机文件到底是什么（通俗易懂）？
内存中存放的数据在计算机关机后就会消失。要长久保存数据，就要使用硬盘、光盘、U 盘等设备。为了便于数据的管理和检索，引入了“文件”的概念。
一般来说，文件可分为文本文件、视频文件、音频文件、图像文件、可执行文件等多种类别，这是从文件的功能进行分类的。从数据存储的角度来说，所有的文件本质上都是一样的，都是由一个个字节组成的，归根到底都是 0、1 比特串。不同的文件呈现出不同的形态（有的是文本，有的是视频等等），这主要是文件的创建者和解释者（使用文件的软件）约定好了文件格式。
所谓“格式”，就是关于文件中每一部分的内容代表什么含义的一种约定。例如，常见的纯文本文件（也叫文本文件，扩展名通常是“.txt”），指的是能够在 Windows 的“记事本”程序中打开，并且能看出是一段有意义的文字的文件。文本文件的格式可以用一句话来描述：文件中的每个字节都是一个可见字符的 ASCII 码。
所谓“文本文件”和“二进制文件”，只是约定俗成的、从计算机用户角度出发进行的分类，并不是计算机科学的分类。因为从计算机科学的角度来看，所有的文件都是由二进制位组成的，都是二进制文件。文本文件和其他二进制文件只是格式不同而已。
实际上，只要规定好格式，而且不怕浪费空间，用文本文件一样可以表示图像、声音、视频甚至可执行程序。简单地说，如果约定用字符 '1'、'2'、...、'7' 表示七个音符，那么由这些字符组成的文本文件就可以被遵从该约定的音乐软件演奏成一首曲子。
真正的图像文件、音频文件、视频文件的格式都比较复杂，有的还经过了压缩，但只要文件的制作软件和解读软件（如图像查看软件，音频、视频播放软件）遵循相同的格式约定，用户就可以在文件解读软件中看到文件的内容。
11.2 C++文件类（文件流类）有哪些？
C++ 标准类库中有三个类可以用于文件操作，它们统称为文件流类。这三个类是：
- ifstream：用于从文件中读取数据。
- ofstream：用于向文件中写入数据。
- fstream：既可用于从文件中读取数据，又可用于 向文件中写入数据。
使用这三个类时，程序中需要包含 头文件。 C++ 类库中的流类如下图所示。
ifstream 类和 fstream 类是从 istream 类派生而来的，因此 ifstream 类拥有 istream 类的全部成员函数。同样地，ofstream 和 fstream 类也拥有 ostream 类的全部成员函数。这三个类中有一些十分熟悉的成员函数可以使用，如operator <<、operator >>、peek()、ignore()、getline()、get() 等。
在程序中，要使用一个文件，先要打开文件后才能读写，读写完后要关闭。创建一个新文件也要先执行打开（open）操作，然后才能往文件中写入数据。C++ 文件流类有相应的成员函数来实现打开、读、写、关闭等文件操作。
11.3 C++ open 打开文件（含打开模式一览表）
在对文件进行读写操作之前，先要打开文件。打开文件有以下两个目的：
- 通过指定文件名，建立起文件和文件流对象的关联，以后要对文件进行操作时，就可以通过与之关联的流对象来进行。
- 指明文件的使用方式。使用方式有只读、只写、既读又写、在文件末尾添加数据、以文本方式使用、以二进制方式使用等多种。
打开文件可以通过以下两种方式进行：
- 调用流对象的 open 成员函数打开文件。
- 定义文件流对象时，通过构造函数打开文件。
11.3.1 使用 open 函数打开文件
void open(const char* szFileName, int mode);//第一个参数是指向文件名的指针，第二个参数是文件的打开模式标记。
文件的打开模式标记代表了文件的使用方式，这些标记可以单独使用，也可以组合使用。表 1 列出了各种模式标记单独使用时的作用，以及常见的两种模式标记组合的作用。
ios::binary 可以和其他模式标记组合使用，例如：
ios::in | ios::binary表示用二进制模式，以读取的方式打开文件。ios::out | ios::binary表示用二进制模式，以写入的方式打开文件。
一般来说，如果处理的是文本文件，那么用文本方式打开会方便一些。但其实任何文件都可以以二进制方式打开来读写。
在流对象上执行 open 成员函数，给出文件名和打开模式，就可以打开文件。判断文件打开是否成功，可以看“对象名”这个表达式的值是否为 true，如果为 true，则表示文件打开成功。
11.3.2 文件的文本打开方式和二进制打开方式的区别
在 UNIX/Linux 平台中，用文本方式或二进制方式打开文件没有任何区别。
在 UNIX/Linux 平台中，文本文件以\n（ASCII 码为 0x0a）作为换行符号；而在 Windows 平台中，文本文件以连在一起的\r\n（\r的 ASCII 码是 0x0d）作为换行符号。
在 Windows 平台中，如果以文本方式打开文件，当读取文件时，系统会将文件中所有的\r\n转换成一个字符\n，如果文件中有连续的两个字节是 0x0d0a，则系统会丢弃前面的 0x0d 这个字节，只读入 0x0a。当写入文件时，系统会将\n转换成\r\n写入。
也就是说，如果要写入的内容中有字节为 0x0a，则在写人该字节前，系统会自动先写入一个 0x0d。因此，如果用文本方式打开二进制文件进行读写，读写的内容就可能和文件的内容有出入。
因此，用二进制方式打开文件总是最保险的。
fstream ioFile;
ioFile.open("..\\test3.txt", ios::out | ios::in | ios::trunc);
if (!ioFile)
cout << "error 3" << endl;
else
ioFile.close();
return 0;
ifstream::ifstream (const char* szFileName, int mode = ios::in, int);
注意，当不再对打开的文件进行任何操作时，应及时调用 close() 成员方法关闭文件。有关该方法的用法，后续会做详细讲解。
11.4 C++文本文件的读取和写入
使用文件流对象打开文件后，文件就成为一个输入流或输出流。对于文本文件，可以使用 cin、cout 读写。
在《C++文件类（文件流类）》一节中提到，流的成员函数和流操纵算子同样适用于文件流，因为 ifstream 是 istream 的派生类，ofstream 是 ostream 的派生类，fstream 是 iostream 的派生类，而 iostream 又是从 istream 和 ostream 共同派生而来的。
例题：编写一个程序，将文件 in.txt 中的整数排序后输出到 out.txt。例如，若 in.txt 的内容为：
1 234 9 45
6 879
则执行本程序后，生成的 out.txt 的内容为：
1 6 9 45 234 879
假设 in.txt 中的整数不超过 1000 个。
#include
#include
#include //qsort在此头文件中声明
using namespace std;
const int MAX_NUM = 1000;
int a[MAX_NUM]; //存放文件中读入的整数
int MyCompare(const void * e1, const void * e2)
{ //用于qsort的比较函数
return *((int *)e1) - *((int *)e2);
}
int main()
{
int total = 0;//读入的整数个数
ifstream srcFile("in.txt",ios::in); //以文本模式打开in.txt备读
if(!srcFile) { //打开失败
cout << "error opening source file." << endl;
return 0;
}
ofstream destFile("out.txt",ios::out); //以文本模式打开out.txt备写
if(!destFile) {
srcFile.close(); //程序结束前不能忘记关闭以前打开过的文件
cout << "error opening destination file." << endl;
return 0;
}
int x;
while(srcFile >> x) //可以像用cin那样用ifstream对象
a[total++] = x;
qsort(a,total,sizeof(int),MyCompare); //排序
for(int i = 0;i < total; ++i)
destFile << a[i] << " "; //可以像用cout那样用ofstream对象
destFile.close();
srcFile.close();
return 0;
}
11.5 C++二进制文件的读取和写入（精华版）
读写二进制文件不能使用前面提到的类似于 cin、cout 从流中读写数据的方法。这时可以调用 ifstream 类和 fstream 类的 read 成员函数从文件中读取数据，调用 ofstream 和 fstream 的 write 成员函数向文件中写入数据。
用文本方式存储信息不但浪费空间，而且不便于检索。例如，一个学籍管理程序需要记录所有学生的学号、姓名、年龄信息，并且能够按照姓名查找学生的信息。程序中可以用一个类来表示学生
下面的程序从键盘输入几名学生的姓名和年龄（输入时，在单独的一行中按 Ctrl+Z 键再按回车键以结束输入。假设学生姓名中都没有空格），并以二进制文件形式存储，成为一个学生记录文件 students.dat。
11.5.1 用 ostream::write 成员函数写文件
ofstream 和 fstream 的 write 成员函数实际上继承自 ostream 类，原型如下：
ostream & write(char* buffer, int count);
该成员函数将内存中 buffer 所指向的 count 个字节的内容写入文件，返回值是对函数所作用的对象的引用，如 obj.write(...) 的返回值就是对 obj 的引用。
write 成员函数向文件中写入若干字节，可是调用 write 函数时并没有指定这若干字节要写入文件中的什么位置。那么，write 函数在执行过程中到底把这若干字节写到哪里呢？答案是从文件写指针指向的位置开始写入。
文件写指针是 ofstream 或 fstream 对象内部维护的一个变量。文件刚打开时，文件写指针指向文件的开头（如果以 ios::app 方式打开，则指向文件末尾），用 write 函数写入 n 个字节，写指针指向的位置就向后移动 n 个字节。
#include
#include
using namespace std;
class CStudent
{
public:
char szName[20];
int age;
};
int main()
{
CStudent s;
ofstream outFile("students.dat", ios::out | ios::binary);//在 Windows平台中，用二进制模式打开是必要的，否则可能出错
while (cin >> s.szName >> s.age)
outFile.write((char*)&s, sizeof(s));//将 s 对象写入文件。s 的地址就是要写入文件的内存缓冲区的地址。但是 &s 不是 char * 类型，因此要进行强制类型转换。
outFile.close();
return 0;
}
11.5.2 用 istream::read 成员函数读文件
ifstream 和 fstream 的 read 成员函数实际上继承自 istream 类，原型如下：
istream & read(char* buffer, int count);
该成员函数从文件中读取 count 个字节的内容，存放到 buffer 所指向的内存缓冲区中，返回值是对函数所作用的对象的引用。
如果想知道一共成功读取了多少个字节（读到文件尾时，未必能读取 count 个字节），可以在 read 函数执行后立即调用文件流对象的 gcount 成员函数，其返回值就是最近一次 read 函数执行时成功读取的字节数。gcount 是 istream 类的成员函数，原型如下：
int gcount();
read 成员函数从文件读指针指向的位置开始读取若干字节。文件读指针是 ifstream 或 fstream 对象内部维护的一个变量。文件刚打开时，文件读指针指向文件的开头（如果以ios::app 方式打开，则指向文件末尾），用 read 函数读取 n 个字节，读指针指向的位置就向后移动 n 个字节。因此，打开一个文件后连续调用 read 函数，就能将整个文件的内容读取出来。
#include
#include
using namespace std;
class CStudent
{
public:
char szName[20];
int age;
};
int main()
{
CStudent s;
ifstream inFile("students.dat",ios::in|ios::binary); //二进制读方式打开
if(!inFile) {
cout << "error" <
文件存放于磁盘中，磁盘的访问速度远远低于内存。如果每次读一个字节或写一个字节都要访问磁盘，那么文件的读写速度就会慢得不可忍受。因此，操作系统在接收到读文件的请求时，哪怕只要读一个字节，也会把一片数据（通常至少是 512 个字节，因为磁盘的一个扇区是 512 B）都读取到一个操作系统自行管理的内存缓冲区中，当要读下一个字节时，就不需要访问磁盘，直接从该缓冲区中读取就可以了。
操作系统在接收到写文件的请求时，也是先把要写入的数据在一个内存缓冲区中保存起来，等缓冲区满后，再将缓冲区的内容全部写入磁盘。关闭文件的操作就能确保内存缓冲区中的数据被写入磁盘。
尽管如此，要连续读写文件时，像 mycopy 程序那样一个字节一个字节地读写，还是不如一次读写一片内存区域快。每次读写的字节数最好是 512 的整数倍。
11.6 C++移动和获取文件读写指针（seekp、seekg、tellg、tellp）
在读写文件时，有时希望直接跳到文件中的某处开始读写，这就需要先将文件的读写指针指向该处，然后再进行读写。
- ifstream 类和 fstream 类有 seekg 成员函数，可以设置文件读指针的位置；
- ofstream 类和 fstream 类有 seekp 成员函数，可以设置文件写指针的位置。
所谓“位置”，就是指距离文件开头有多少个字节。文件开头的位置是 0。
这两个函数的原型如下：
ostream & seekp (int offset, int mode);
istream & seekg (int offset, int mode);
mode 代表文件读写指针的设置模式，有以下三种选项：
- ios::beg：让文件读指针（或写指针）指向从文件开始向后的 offset 字节处。offset 等于 0 即代表文件开头。在此情况下，offset 只能是非负数。
- ios::cur：在此情况下，offset 为负数则表示将读指针（或写指针）从当前位置朝文件开头方向移动 offset 字节，为正数则表示将读指针（或写指针）从当前位置朝文件尾部移动 offset字节，为 0 则不移动。
- ios::end：让文件读指针（或写指针）指向从文件结尾往前的 |offset|（offset 的绝对值）字节处。在此情况下，offset 只能是 0 或者负数。
此外，我们还可以得到当前读写指针的具体位置：
- ifstream 类和 fstream 类还有 tellg 成员函数，能够返回文件读指针的位置；
- ofstream 类和 fstream 类还有 tellp 成员函数，能够返回文件写指针的位置。
这两个成员函数的原型如下：
int tellg();
int tellp();
要获取文件长度，可以用 seekg 函数将文件读指针定位到文件尾部，再用 tellg 函数获取文件读指针的位置，此位置即为文件长度。
12 C++ STL（标准模板库）
C++ 的标准模板库（Standard Template Library，STL）是泛型程序设计最成功应用的实例。STL 是一些常用数据结构（如链表、可变长数组、排序二叉树）和算法（如排序、查找）的模板的集合，主要由 Alex Stepanov 主持开发，于 1998 年被加入 C++ 标准。
有了 STL，程序员就不必编写大多数常用的数据结构和算法。而且 STL 是经过精心设计的，运行效率很高，比水平一般的程序员编写的同类代码速度更快。
12.1 C++容器（STL容器）
容器（container）用于存放数据的类模板。可变长数组、链表、平衡二叉树等数据结构在 STL 中都被实现为容器。
程序员使用容器时，即将容器类模板实例化为容器类时，会指明容器中存放的元素是什么类型的。
容器中可以存放基本类型的变量，也可以存放对象。对象或基本类型的变量被插入容器中时，实际插入的是对象或变量的一个复制品。
STL 中的许多算法（即函数模板），如排序、查找等算法，在执行过程中会对容器中的元素进行比较。这些算法在比较元素是否相等时通常用运算符进行，比较大小通常用<运算符进行，因此，被放入容器的对象所属的类最好重载==和<运算符，以使得两个对象用==和<进行比较是有定义的。
容器分为两大类。
12.1.1 顺序容器
顺序容器有以下三种：可变长动态数组 vector、双端队列 deque、双向链表 list。
它们之所以被称为顺序容器，是因为元素在容器中的位置同元素的值无关，即容器不是排序的。将元素插入容器时，指定在什么位置（尾部、头部或中间某处）插入，元素就会位于什么位置。
12.1.2 关联容器
关联容器有以下四种：set、multiset、map、multimap。关联容器内的元素是排序的。插入元素时，容器会按一定的排序规则将元素放到适当的位置上，因此插入元素时不能指定位置。
默认情况下，关联容器中的元素是从小到大排序（或按关键字从小到大排序）的，而且用<运算符比较元素或关键字大小。因为是排好序的，所以关联容器在查找时具有非常好的性能。
除了以上两类容器外，STL 还在两类容器的基础上屏蔽一部分功能，突出或增加另一部分功能，实现了三种容器适配器：栈 stack、队列 queue、优先级队列 priority_queue。
为称呼方便起见，本教程后面将容器和容器适配器统称为容器。
容器都是类模板。它们实例化后就成为容器类。用容器类定义的对象称为容器对象。
vector是一个容器类的名字，vector a; 就定义了一个容器对象 a，a 代表一个长度可变的数组，数组中的每个元素都是 int 类型的变量；vector b; 定义了另一个容器对象 b，a 和 b 的类型是不同的。
任何两个容器对象，只要它们的类型相同，就可以用 <、<=、>、>=、==、!= 进行词典式的比较运算。假设 a、b 是两个类型相同的容器对象，这些运算符的运算规则如下。
- a == b：若 a 和 b 中的元素个数相同，且对应元素均相等，则
a == b的值为 true，否则值为 false。元素是否相等是用==运算符进行判断的。
- a
a的值为 true；如果没有发生 b 中的元素小于 a 中的元素的情况，且 a 中的元素个数比 b 少，a的值也为 true；其他情况下值为 false。元素比较大小是通过<运算符进行的。
- a != b：等价于 !(a == b)。
- a > b：等价于 b < a。
- a <= b：等价于 !(b < a)。
- a >= b：等价于 !(a < b)。
所有容器都有以下两个成员函数：
- int size()：返回容器对象中元素的个数。
- bool empty()：判断容器对象是否为空。
顺序容器和关联容器还有以下成员函数：
- begin()：返回指向容器中第一个元素的迭代器。
- end()：返回指向容器中最后一个元素后面的位置的迭代器。
- rbegin()：返回指向容器中最后一个元素的反向迭代器。
- rend()：返回指向容器中第一个元素前面的位置的反向迭代器。
- erase(...)：从容器中删除一个或几个元素。该函数参数较复杂，此处省略。
- clear()：从容器中删除所有元素。
如果一个容器是空的，则 begin() 和 end() 的返回值相等，rbegin() 和 rend() 的返回值也相等。
顺序容器还有以下常用成员函数：
- front()：返回容器中第一个元素的引用。
- back()：返回容器中最后一个元素的引用。
- push_back()：在容器末尾增加新元素。
- pop_back()：删除容器末尾的元素。
- insert(...)：插入一个或多个元素。该函数参数较复杂，此处省略。
12.2 C++迭代器（STL迭代器）iterator详解
要访问顺序容器和关联容器中的元素，需要通过“迭代器（iterator）”进行。迭代器是一个变量，相当于容器和操纵容器的算法之间的中介。迭代器可以指向容器中的某个元素，通过迭代器就可以读写它指向的元素。从这一点上看，迭代器和指针类似。
迭代器按照定义方式分成以下四种。
1) 正向迭代器，定义方法如下：
容器类名::iterator 迭代器名;
2) 常量正向迭代器，定义方法如下：
容器类名::const_iterator 迭代器名;
3) 反向迭代器，定义方法如下：
容器类名::reverse_iterator 迭代器名;
4) 常量反向迭代器，定义方法如下：
容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名;
12.2.1 迭代器用法示例
通过迭代器可以读取它指向的元素，*迭代器名就表示迭代器指向的元素。通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。
迭代器都可以进行++操作。反向迭代器和正向迭代器的区别在于：
- 对正向迭代器进行
++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素；
- 而对反向迭代器进行
++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。
后置++要多生成一个局部对象 tmp，因此执行速度比前置的慢。同理，迭代器是一个对象，STL 在重载迭代器的++运算符时，后置形式也比前置形式慢。在次数很多的循环中，++i和i++可能就会造成运行时间上可观的差别了。因此，本教程在前面特别提到，对循环控制变量i，要养成写++i、不写i++的习惯。
12.2.2 迭代器的功能分类
不同容器的迭代器，其功能强弱有所不同。容器的迭代器的功能强弱，决定了该容器是否支持 STL 中的某种算法。例如，排序算法需要通过随机访问迭代器来访问容器中的元素，因此有的容器就不支持排序算法。
常用的迭代器按功能强弱分为输入、输出、正向、双向、随机访问五种，这里只介绍常用的三种。
1) 正向迭代器。假设 p 是一个正向迭代器，则 p 支持以下操作：++p，p++，*p。此外，两个正向迭代器可以互相赋值，还可以用==和!=运算符进行比较。
2) 双向迭代器。双向迭代器具有正向迭代器的全部功能。除此之外，若 p 是一个双向迭代器，则--p和p--都是有定义的。--p使得 p 朝和++p相反的方向移动。
3) 随机访问迭代器。随机访问迭代器具有双向迭代器的全部功能。若 p 是一个随机访问迭代器，i 是一个整型变量或常量，则 p 还支持以下操作：
- p+=i：使得 p 往后移动 i 个元素。
- p-=i：使得 p 往前移动 i 个元素。
- p+i：返回 p 后面第 i 个元素的迭代器。
- p-i：返回 p 前面第 i 个元素的迭代器。
- p[i]：返回 p 后面第 i 个元素的引用。
此外，两个随机访问迭代器 p1、p2 还可以用 <、>、<=、>= 运算符进行比较。p1的含义是：p1 经过若干次（至少一次）++操作后，就会等于 p2。其他比较方式的含义与此类似。
对于两个随机访问迭代器 p1、p2，表达式p2-p1也是有定义的，其返回值是 p2 所指向元素和 p1 所指向元素的序号之差（也可以说是 p2 和 p1 之间的元素个数减一）。
12.2.3 迭代器的辅助函数
STL 中有用于操作迭代器的三个函数模板，它们是：
- advance(p, n)：使迭代器 p 向前或向后移动 n 个元素。
- distance(p, q)：计算两个迭代器之间的距离，即迭代器 p 经过多少次 + + 操作后和迭代器 q 相等。如果调用时 p 已经指向 q 的后面，则这个函数会陷入死循环。
- iter_swap(p, q)：用于交换两个迭代器 p、q 指向的值。
要使用上述模板，需要包含头文件 algorithm。
12.3 STL算法详解
STL 提供能在各种容器中通用的算法（大约有70种），如插入、删除、查找、排序等。算法就是函数模板。算法通过迭代器来操纵容器中的元素。
许多算法操作的是容器上的一个区间（也可以是整个容器），因此需要两个参数，一个是区间起点元素的迭代器，另一个是区间终点元素的后面一个元素的迭代器。例如，排序和查找算法都需要这两个参数来指明待排序或待查找的区间。
有的算法返回一个迭代器。例如，find 算法在容器中查找一个元素，并返回一个指向该元素的迭代器。
算法可以处理容器，也可以处理普通的数组。
有的算法会改变其所作用的容器。例如：
- copy：将一个容器的内容复制到另一个容器。
- remove：在容器中删除一个元素。
- random_shuffle：随机打乱容器中的元素。
- fill：用某个值填充容器。
有的算法不会改变其所作用的容器。例如：
- find：在容器中查找元素。
- count_if：统计容器中符合某种条件的元素的个数。
STL 中的大部分常用算法都在头文件 algorithm 中定义。此外，头文件 numeric 中也有一些算法。
find 模板的原型如下：
template
InIt find(InIt first, InIt last, const T& val);
其功能可以是在迭代器 first、last 指定的容器的一个区间 [first, last) 中，按顺序查找和 val 相等的元素。如果找到，就返回该元素的迭代器；如果找不到，就返回 last。
[first, last) 这个区间是一个左闭右开的区间，即 last 指向的元素其实不在此区间内。
find 模板使用==运算符判断元素是否相等。因此，如果 [first, last) 区间中存放的是对象，则==运算符应该被适当重载，使得两个对象可以用==运算符比较。
注意：上一段话说的是“其功能可以是”，而不是“其功能就是”。这是因为模板只是一种代码形式，这种代码形式具体能完成什么功能，取决于程序员对该模板写法的了解及其想象力。按照语法，调用 find 模板时，first 和 last 只要类型相同就可以，不一定必须是迭代器。
#include
#include
#include
using namespace std;
int main() {
int a[10] = {10,20,30,40};
vector v;
v.push_back(1); v.push_back(2);
v.push_back(3); v.push_back(4); //此后v里放着4个元素：1,2,3,4
vector::iterator p;
p = find(v.begin(),v.end(),3); //在v中查找3
if(p != v.end()) //若找不到,find返回 v.end()
cout << "1) " << * p << endl; //找到了
p = find(v.begin(),v.end(),9);
if(p == v.end())
cout << "not found " << endl; //没找到
p = find(v.begin()+1,v.end()-1,4); //在,3 这两个元素中查找4
cout << "2) " << * p << endl;
int * pp = find(a,a+4,20);
if(pp == a + 4)
cout << "not found" << endl;
else
cout << "3) " <<* pp << endl;
}
STL 中还有一个常用的算法 sort，用于对容器排序，其原型为：
template
void sort(_RandIt first, _RandIt last);
该算法可以用来对区间 [first, last) 从小到大进行排序。下面两行程序就能对数组 a 排序：
int a[4] = {3, 4, 2, 1};
sort(a, a+4);
12.4 STL中“大”、“小”和“相等”的概念
STL 中关联容器内部的元素是排序的。STL 中的许多算法也涉及排序、查找。这些容器和算法都需要对元素进行比较，有的比较是否相等，有的比较元素大小。
在 STL 中，默认情况下，比较大小是通过<运算符进行的，和>运算符无关。在STL中提到“大”、“小”的概念时，以下三个说法是等价的：
- x 比 y 小。
- 表达式
x为真。
- y 比 x 大。
一定要注意，y比x大意味着x，而不是y>x为真。y>x的结果如何并不重要，甚至y>x是没定义的都没有关系。
可以看到，对任意两个类 A 的对象 x、y，x和y都是为假的。也就是说，对 STL 的关联容器和许多算法来说，任意两个类 A 的对象都是相等的，这与==运算符的行为无关。
综上所述，使用 STL 中的关联容器和许多算法时，往往需要对<运算符进行适当的重载，使得这些容器和算法可以用<运算符对所操作的元素进行比较。最好将<运算符重载为全局函数，因为在重载为成员函数时，在有些编译器上会出错（由其 STL 源代码的写法导致）。
12.5 C++ vector，STL vector（可变长的动态数组）详解
vector 是顺序容器的一种。vector 是可变长的动态数组，支持随机访问迭代器，所有 STL 算法都能对 vector 进行操作。要使用 vector，需要包含头文件 vector。
在 vector 容器中，根据下标随机访问某个元素的时间是常数，在尾部添加一个元素的时间大多数情况下也是常数，总体来说速度很快。
在中间插入或删除元素时，因为要移动多个元素，因此速度较慢，平均花费的时间和容器中的元素个数成正比。
在 vector 容器中，用一个动态分配的数组来存放元素，因此根据下标访问某个元素的时间是固定的，与元素个数无关。
vector 容器在实现时，动态分配的存储空间一般都大于存放元素所需的空间。例如，哪怕容器中只有一个元素，也会分配 32 个元素的存储空间。这样做的好处是，在尾部添加一个新元素时不必重新分配空间，直接将新元素写入适当位置即可。在这种情况下，添加新元素的时间也是常数。
但是，如果不断添加新元素，多出来的空间就会用完，此时再添加新元素，就不得不重新分配内存空间，把原有内容复制过去后再添加新的元素。碰到这种情况，添加新元素所花的时间就不是常数，而是和数组中的元素个数成正比。
至于在中间插入或删除元素，必然涉及元素的移动，因此时间不是固定的，而是和元素个数有关。
vector 有很多成员函数，常用的如下表所示。
#include
#include //使用vector需要包含此头文件
using namespace std;
template
void PrintVector(const vector & v)
{ //用于输出vector容器的全部元素的函数模板
typename vector ::const_iterator i;
//typename 用来说明 vector ::const_iterator 是一个类型，在 Visual Studio 中不写也可以
for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i)
cout << *i << " ";
cout << endl;
}
int main()
{
int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
vector v(a, a + 5); //将数组a的内容放入v
cout << "1) " << v.end() - v.begin() << endl; //两个随机迭代器可以相减，输出：1)5
cout << "2)"; PrintVector(v); //输出：2)1 2 3 4 5
v.insert(v.begin() + 2, 13); //在 begin()+2 位置插人 13
cout << "3)"; PrintVector(v); //输出：3)1 2 13 3 4 5
v.erase(v.begin() + 2); //删除位于 begin()+2 位置的元素
cout << "4)"; PrintVector(v); //输出：4)1 2 3 4 5
vector v2(4, 100); //v2 有 4 个元素，都是 100
v2.insert(v2.begin(), v.begin() + 1, v.begin() + 3); //将v的一段插入v2开头
cout << "5)v2:"; PrintVector(v2); //输出：5)v2:2 3 100 100 100 100
v.erase(v.begin() + 1, v.begin() + 3); //删除 v 上的一个区间，即 [2,3)
cout << "6)"; PrintVector(v); //输出：6)1 4 5
return 0;
}
12.6 C++ deque，STL deque（双向队列详解）
deque 也是顺序容器的一种，同时也是一个可变长数组。要使用 deque，需要包含头文件 deque。所有适用于 vector 的操作都适用于 deque。
deque 和 vector 有很多类似的地方。在 deque 中，随机存取任何元素都能在常数时间内完成（但慢于vector）。它相比于 vector 的优点是，vector 在头部删除或添加元素的速度很慢，在尾部添加元素的性能较好，而 deque 在头尾增删元素都具有较好的性能（大多数情况下都能在常数时间内完成）。它有两种 vector 没有的成员函数：
void push_front (const T & val); //将 val 插入容器的头部
void pop_front(); //删除容器头部的元素
12.7 C++ list，STL list（双向链表）详解
list 是顺序容器的一种。list 是一个双向链表。使用 list 需要包含头文件 list。双向链表的每个元素中都有一个指针指向后一个元素，也有一个指针指向前一个元素
在 list 容器中，在已经定位到要增删元素的位置的情况下，增删元素能在常数时间内完成。
list 容器不支持根据下标随机存取元素。
list 的构造函数和许多成员函数的用法都与 vector 类似，此处不再列举。除了顺序容器都有的成员函数外，list 容器还独有如表 1 所示的成员函数（此表不包含全部成员函数，且有些函数的参数较为复杂，表中只列出函数名）。
STL 中的算法 sort 可以用来对 vector 和 deque 排序，它需要随机访问迭代器的支持。因为 list 不支持随机访问迭代器，所以不能用算法 sort 对 list 容器排序。因此，list 容器引入了 sort 成员函数以完成排序。
12.8 C++函数对象详解（附带实例）
如果一个类将()运算符重载为成员函数，这个类就称为函数对象类，这个类的对象就是函数对象。函数对象是一个对象，但是使用的形式看起来像函数调用，实际上也执行了函数调用，因而得名。
12.9 C++关联容器，STL关联容器
关联容器内部的元素都是排好序的，有以下四种。
- set：排好序的集合，不允许有相同元素。
- multiset：排好序的集合，允许有相同元素。
- map：每个元素都分为关键字和值两部分，容器中的元素是按关键字排序的。不允许有多个元素的关键字相同。
- multimap：和 map 类似，差别在于元素的关键字可以相同。
不能修改 set 或 multiset 容器中元素的值。因为元素被修改后，容器并不会自动重新调整顺序，于是容器的有序性就会被破坏，再在其上进行查找等操作就会得到错误的结果。因此，如果要修改 set 或 multiset 容器中某个元素的值，正确的做法是先删除该元素，再插入新元素。
同理，也不能修改 map 和 multimap 容器中元素的关键字。
关联容器内部的元素或关键字之间比较大小可以用<运算符，也可以用自定义的比较器。因为有序，所以在关联容器上进行查找的速度较快。
使用关联容器的目的也就在于快速查找。当一个元素被插入关联容器时，该元素会和已有的元素进行比较，最终被插入一个合适的位置。
在关联容器中查找元素和插入元素的时间复杂度都是 O(log(n))。从 begin() 到 end() 遍历整个关联容器，就是从小到大遍历整个容器。在排好序的 vector 和 deque 上进行折半查找，时间复杂度也可以是 O(log(n))。但是，对于插入、删除和查询交替进行的情况，使用 vector 和 deque 的效率不高。因为它们上面的插入和删除操作会引起元素的移动，时间复杂度是 O(n)。
关联容器一般是用平衡二叉树实现的。平衡二叉树的原理属于“数据结构”课程的内容，本教程不做介绍。
除了所有容器共有的成员函数外，关联容器还具有以下成员函数：
12.10 C++ pair类模板，STL pair类模板
在学习关联容器之前，首先要了解 STL 中的 pair 类模板，因为关联容器的一些成员函数的返回值是 pair 对象，而且 map 和 multimap 容器中的元素都是 pair 对象。
pair实例化出来的类都有两个成员变量，一个是 first, 一个是 second。
STL 中还有一个函数模板 make_pair，其功能是生成一个 pair 模板类对象。
#include
using namespace std;
int main()
{
pair p1;
cout << p1.first << "," << p1.second << endl; //输出 0,0
pair p2("this",20);
cout << p2.first << "," << p2.second << endl; //输出 this,20
pair p3(pair('a','b'));
cout << p3.first << "," << p3.second << endl; //输出 97,98
pair p4 = make_pair(200,"hello");
cout << p4.first << "," << p4.second << endl; //输出 200,hello
return 0;
}
12.11 C++ multiset，STL multiset详解
multiset 是关联容器的一种，是排序好的集合（元素已经进行了排序），并且允许有相同的元素。
不能直接修改 multiset 容器中元素的值。因为元素被修改后，容器并不会自动重新调整顺序，于是容器的有序性就会被破坏，再在其上进行查找等操作就会得到错误的结果。因此，如果要修改 multiset 容器中某个元素的值，正确的做法是先删除该元素，再插入新元素。
使用 multiset 必须包含头文件 。
12.11 C++ set，STL set详解
set 是关联容器的一种，是排序好的集合（元素已经进行了排序）。set 和 multiset 类似，它和 multiset 的差别在于 set 中不能有重复的元素。multiset 的成员函数 set 中也都有。
不能直接修改 set 容器中元素的值。因为元素被修改后，容器并不会自动重新调整顺序，于是容器的有序性就会被破坏，再在其上进行查找等操作就会得到错误的结果。因此，如果要修改 set 容器中某个元素的值，正确的做法是先删除该元素，再插入新元素。
由于不能有重复元素，所以 set 中插入单个元素的 insert 成员函数与 multiset 中的有所不同，其原型如下：
pair insert(const T & val);
如果 set 的 insert 成员函数的返回值是 pair 模板类对象 x，如果 x.second 为 true，则说明插入成功，此时 x.first 就是指向被插入元素的迭代器；如果 x.second 为 false，则说明要插入的元素已在容器中，此时 x.first 就是指向原有那个元素的迭代器。
12.12 C++ multimap，STL multimap详解
multimap 是关联容器的一种，multimap 的每个元素都分为关键字和值两部分，容器中的元素是按关键字排序的，并且允许有多个元素的关键字相同。
注意，不能直接修改 multimap 容器中的关键字。因为 multimap 中的元素是按照关键字排序的，当关键字被修改后，容器并不会自动重新调整顺序，于是容器的有序性就会被破坏，再在其上进行查找等操作就会得到错误的结果。
使用 multimap 必须包含头文件 map。
multimap 中的元素都是 pair 模板类的对象。元素的 first 成员变量也叫“关键字”，second 成员变量也叫“值”。multimap 容器中的元素是按关键字从小到大排序的。默认情况下，元素的关键之间用 less 比较大小，也就是用<运算符比较大小。multimap 允许多个元素的关键字相同。
12.13 C++ map，STL map详解
map 是关联容器的一种，map 的每个元素都分为关键字和值两部分，容器中的元素是按关键字排序的，并且不允许有多个元素的关键字相同。
注意，不能直接修改 map 容器中的关键字。因为 map 中的元素是按照关键字排序的，当关键字被修改后，容器并不会自动重新调整顺序，于是容器的有序性就会被破坏，再在其上进行查找等操作就会得到错误的结果。
要使用 map，必须包含头文件
12.14 C++容器适配器简介
STL 中的容器适配器有 stack、queue、priority_queue 三种。它们都是在顺序容器的基础上实现的，屏蔽了顺序容器的一部分功能，突出或增加了另外一些功能。
容器适配器都有以下三个成员函数：
- push：添加一个元素。
- top：返回顶部（对 stack 而言）或队头（对 queue、priority_queue 而言）的元素的引用。
- pop：删除一个元素。
容器适配器是没有迭代器的，因此 STL 中的各种排序、查找、变序等算法都不适用于容器适配器。
12.15 C++ stack，STL stack详解
stack 是容器适配器的一种。要使用 stack，必须包含头文件 。
stack就是“栈”。栈是一种后进先出的元素序列，访问和删除都只能对栈顶的元素（即最后一个被加入栈的元素）进行，并且元素也只能被添加到栈顶。栈内的元素不能访问。如果一定要访问栈内的元素，只能将其上方的元素全部从栈中删除，使之变成栈顶元素才可以。
虽然 stack 使用顺序容器实现，但它不提供顺序容器具有的成员函数。除了 size、 empty 这两个所有容器都有的成员函数外，stack 还有以下三个成员函数
12.16 C++ queue和priority_queue，STL queue和priority_queue
queue 和 priority_queue 都是容器适配器，要使用它们，必须包含头文件 。
queue 就是“队列”。队列是先进先出的，和排队类似。队头的访问和删除操作只能在队头进行，添加操作只能在队尾进行。不能访问队列中间的元素。
queue 可以用 list 和 deque 实现，默认情况下用 deque 实现。
priority_queue 是“优先队列”。它和普通队列的区别在于，优先队列的队头元素总是最大的——即执行 pop 操作时，删除的总是最大的元素；执行 top 操作时，返回的是最大元素的引用。
priority_queue 可以用 vector 和 deque 实现，默认情况下用 vector 实现。
12.17 STL算法分类
在 STL 中，算法就是函数模板。STL 中的算法大多数是用来对容器进行操作的，如排序、 查找等。大部分算法都是在头文件 中定义的，还有些算法用于数值处理，定义在头文件 中。
不同的教程对 STL 中的算法有不同的分类方法。本教程将算法分为以下七类：
- 不变序列算法。
- 变值算法。
- 删除算法。
- 变序算法。
- 排序算法。
- 有序区间算法。
- 数值算法。
本教程介绍前六类算法。第七类算法共有三个，除了前面已经介绍过的 accumulate 以外，另外两个算法既不常用，讲解起来又比较烦琐，本教程就不介绍了，有需要的读者可自行查阅相关资料。
有的算法可能同时属于多个分类。
许多算法都是重载的，有不止一个版本。篇幅所限，本教程往往只能列出其中的一个版本。有些算法也不给出原型，直接通过程序来演示其用法。
实际上，大多数重载的算法都有两个版本，其中一个用==判断元素是否相等，或用<比较大小；而另一个版本多出来一个类型参数 Pred 以及函数形参 Pred op，该版本通过表达式op(x, y)的返回值是 true 还是 false 来判断 x 是否“等于”y 或者“小于”y。例如，在《C++函数对象详解》一节中的“应用实例2”中提到的 sort，再如下面有两个版本的 min_element：
iterate min_element(iterate first, iterate last);
iterate min_element(iterate first, iterate last, Pred op);
min_element 返回区间中最小的元素。第一个版本用<比较大小，而第二个版本用自定义的比较器 op 来比较大小，op(x, y) 的值为 true，则说明 x 比 y 小。
类似 sort 和 min_element 这样有可自定义比较器版本的算法，在后文的表格中列出时，将加注“（可自定义比较器）”
12.18 C++ string类（C++字符串）完全攻略
12.18.1. 构造函数
string 类有多个构造函数，用法示例如下：
string s1(); // si = ""
string s2("Hello"); // s2 = "Hello"
string s3(4, 'K'); // s3 = "KKKK"
string s4("12345", 1, 3); //s4 = "234"，即 "12345" 的从下标 1 开始，长度为 3 的子串
为称呼方便，本教程后文将从字符串下标 n 开始、长度为 m 的字符串称为“子串(n, m)”。
string 类没有接收一个整型参数或一个字符型参数的构造函数。下面的两种写法是错误的：
string s1('K');
string s2(123);
12.18.2. 对 string 对象赋值
可以用 char* 类型的变量、常量，以及 char 类型的变量、常量对 string 对象进行赋值。例如：
string s1;
s1 = "Hello"; // s1 = "Hello"
s2 = 'K'; // s2 = "K”
string 类还有 assign 成员函数，可以用来对 string 对象赋值。assign 成员函数返回对象自身的引用。例如：
string s1("12345"), s2;
s3.assign(s1); // s3 = s1
s2.assign(s1, 1, 2); // s2 = "23"，即 s1 的子串(1, 2)
s2.assign(4, 'K'); // s2 = "KKKK"
s2.assign("abcde", 2, 3); // s2 = "cde"，即 "abcde" 的子串(2, 3)
12.18.3. 求字符串的长度
length 成员函数返回字符串的长度。size 成员函数可以实现同样的功能。
12.18.4. string对象中字符串的连接
除了可以使用+和+=运算符对 string 对象执行字符串的连接操作外，string 类还有 append 成员函数，可以用来向字符串后面添加内容。append 成员函数返回对象自身的引用。例如：
string s1("123"), s2("abc");
s1.append(s2); // s1 = "123abc"
s1.append(s2, 1, 2); // s1 = "123abcbc"
s1.append(3, 'K'); // s1 = "123abcbcKKK"
s1.append("ABCDE", 2, 3); // s1 = "123abcbcKKKCDE"，添加 "ABCDE" 的子串(2, 3)
12.18.5. string对象的比较
除了可以用 <、<=、==、!=、>=、> 运算符比较 string 对象外，string 类还有 compare 成员函数，可用于比较字符串。compare 成员函数有以下返回值：
- 小于 0 表示当前的字符串小；
- 等于 0 表示两个字符串相等；
- 大于 0 表示另一个字符串小。
string s1("hello"), s2("hello, world");
int n = s1.compare(s2);
n = s1.compare(1, 2, s2, 0, 3); //比较s1的子串 (1,2) 和s2的子串 (0,3)
n = s1.compare(0, 2, s2); // 比较s1的子串 (0,2) 和 s2
n = s1.compare("Hello");
n = s1.compare(1, 2, "Hello"); //比较 s1 的子串(1,2)和"Hello”
n = s1.compare(1, 2, "Hello", 1, 2); //比较 s1 的子串(1,2)和 "Hello" 的子串(1,2)
12.18.6. 求 string 对象的子串
substr 成员函数可以用于求子串 (n, m)，原型如下：
string substr(int n = 0, int m = string::npos) const;
调用时，如果省略 m 或 m 超过了字符串的长度，则求出来的子串就是从下标 n 开始一直到字符串结束的部分。例如：
string s1 = "this is ok";
string s2 = s1.substr(2, 4); // s2 = "is i"
s2 = s1.substr(2); // s2 = "is is ok"
12.18.7. 交换两个string对象的内容
swap 成员函数可以交换两个 string 对象的内容。例如：
string s1("West”), s2("East");
s1.swap(s2); // s1 = "East"，s2 = "West"
8. 查找子串和字符
string 类有一些查找子串和字符的成员函数，它们的返回值都是子串或字符在 string 对象字符串中的位置（即下标）。如果查不到，则返回 string::npos。string: :npos 是在 string 类中定义的一个静态常量。这些函数如下：
- find：从前往后查找子串或字符出现的位置。
- rfind：从后往前查找子串或字符出现的位置。
- find_first_of：从前往后查找何处出现另一个字符串中包含的字符。例如：
- s1.find_first_of("abc"); //查找s1中第一次出现"abc"中任一字符的位置
- find_last_of：从后往前查找何处出现另一个字符串中包含的字符。
- find_first_not_of：从前往后查找何处出现另一个字符串中没有包含的字符。
- find_last_not_of：从后往前查找何处出现另一个字符串中没有包含的字符。
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
string s1("Source Code");
int n;
if ((n = s1.find('u')) != string::npos) //查找 u 出现的位置
cout << "1) " << n << "," << s1.substr(n) << endl;
//输出 l)2,urce Code
if ((n = s1.find("Source", 3)) == string::npos)
//从下标3开始查找"Source"，找不到
cout << "2) " << "Not Found" << endl; //输出 2) Not Found
if ((n = s1.find("Co")) != string::npos)
//查找子串"Co"。能找到，返回"Co"的位置
cout << "3) " << n << ", " << s1.substr(n) << endl;
//输出 3) 7, Code
if ((n = s1.find_first_of("ceo")) != string::npos)
//查找第一次出现或 'c'、'e'或'o'的位置
cout << "4) " << n << ", " << s1.substr(n) << endl;
//输出 4) l, ource Code
if ((n = s1.find_last_of('e')) != string::npos)
//查找最后一个 'e' 的位置
cout << "5) " << n << ", " << s1.substr(n) << endl; //输出 5) 10, e
if ((n = s1.find_first_not_of("eou", 1)) != string::npos)
//从下标1开始查找第一次出现非 'e'、'o' 或 'u' 字符的位置
cout << "6) " << n << ", " << s1.substr(n) << endl;
//输出 6) 3, rce Code
return 0;
}
12.18.9. 替换子串
replace 成员函数可以对 string 对象中的子串进行替换，返回值为对象自身的引用。例如：
string s1("Real Steel");
s1.replace(1, 3, "123456", 2, 4); //用 "123456" 的子串(2,4) 替换 s1 的子串(1,3)
cout << s1 << endl; //输出 R3456 Steel
string s2("Harry Potter");
s2.replace(2, 3, 5, '0'); //用 5 个 '0' 替换子串(2,3)
cout << s2 << endl; //输出 HaOOOOO Potter
int n = s2.find("OOOOO"); //查找子串 "00000" 的位置，n=2
s2.replace(n, 5, "XXX"); //将子串(n,5)替换为"XXX"
cout << s2 < < endl; //输出 HaXXX Potter
12.18.10. 删除子串
erase 成员函数可以删除 string 对象中的子串，返回值为对象自身的引用。例如：
string s1("Real Steel");
s1.erase(1, 3); //删除子串(1, 3)，此后 s1 = "R Steel"
s1.erase(5); //删除下标5及其后面的所有字符，此后 s1 = "R Ste"
12.18.11. 插入字符串
insert 成员函数可以在 string 对象中插入另一个字符串，返回值为对象自身的引用。例如：
string s1("Limitless"), s2("00");
s1.insert(2, "123"); //在下标 2 处插入字符串"123"，s1 = "Li123mitless"
s1.insert(3, s2); //在下标 2 处插入 s2 , s1 = "Li10023mitless"
s1.insert(3, 5, 'X'); //在下标 3 处插入 5 个 'X'，s1 = "Li1XXXXX0023mitless"
string 对象也可以看作一个顺序容器，它支持随机访问迭代器，也有 begin 和 end 等成员函数。STL 中的许多算法也适用于 string 对象。