C++和C的区别与发展总结

之前C++学得就不太扎实，正好看到《VC++深入详解》第二章对C++进行了一个简单总结，故整理回顾之。

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1.C++与C相比的特性

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• 封装性
  
  • 封装性把数据与操作数据的函数组织在一起，不仅使程序结构更加紧凑，并且提高了类内部数据的安全性。
• 继承性
  
  • 继承性增加了软件的可扩充性及代码重用性。
• 多态性
  
  • 多态性使设计人员在设计程序时可以对问题进行更好的抽象，有利于代码的维护和可重用。

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2.从结构到类

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• C++中不管是结构还是类，都可以包含函数。区别是：
  
  • 类的关键字是class ； 结构的关键字是struct。
  • 成员的访问控制方面：
    
    • 结构体默认情况下，其成员是公有（public）的；
    • 类默认情况下，其成员是私有（private）的；
    • 在一个类中，公有成员是可以在类的外部进行访问的，而私有成员就只能在类的内部进行访问。

例如下面的程序就会报错，因为x和y都是默认的私有成员，只有在类的内部才能进行访问

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#include 

using namespace std;

class point
{
    int x;
    int y;

    void output()
    {
        cout << x << endl << y << endl;
    }
};

int main(void)
{
    point pt;
    pt.x = 0;    //无法访问
    pt.y = 0;    //无法访问
    pt.output(); //无法访问

    return 0;
}

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为了解决上面的问题，使得可以对类内的成员进行初始化，我们用构造函数进行。先来看没有构造函数直接进行输出是x，y的值：

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#include 

using namespace std;

class point
{
public：
    int x;
    int y;

    void output()
    {
        cout << x << endl << y << endl;
    }
};

int main(void)
{
    point pt;
    pt.output();

    return 0;
}

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在没有进行初始化的条件下，输出为x=-858993460，y=-858993460（或者其它毫不相关的数）。

下面引入构造函数后：

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#include 

using namespace std;

class point
{
public:
    int x;
    int y;

    point() //point的构造函数
    {
        x = 0;
        y = 0;
    }

    void output()
    {
        cout << x << endl << y << endl;
    }
};

int main(void)
{
    point pt;
    pt.output();

    return 0;
}

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3.构造函数

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• 构造函数，用来对类中的成员变量进行初始化。
• 在类中定义成员变量时，不能直接给成员变量赋初值，而是通过构造函数进行。

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class point
{
    int x = 0;//错误，此处不能给变量x赋值
    int y;
};

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• C++规定构造函数的名字和类名相同，没有返回值。
• 构造函数的作用是对对象本身做初始化工作，也就是给用户提供初始化类中成员变量的一种方式。
• 构造函数不需要手动调用，当在main函数中执行“point pt”这条语句时，就会自动调用point这个类的构造函数，从而完成对pt对象内部数据成员x和y的初始化工作。
• 如果一个类中没有定义任何的构造函数，那么编译器只有在以下三种情况，才会提供默认的构造函数：
  
  • 如果类有虚拟成员函数或者虚拟继承父类（即有虚拟基类）时；
  • 如果类的基类有构造函数（可以是用户定义的构造函数，或编译器提供的默认构造函数）；
  • 在类中所有非静态的对象数据成员，他们所属的类中有构造函数（可以是用户定义的构造函数，或编译器提供的默认构造函数）。

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4.函数的重载

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下面先看一个代码：

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#include 

using namespace std;

class point
{
public:
    int x;
    int y;

    point() //point的第一个构造函数
    {
        x = 0;
        y = 0;
    }

    point(int a, int b) //point的第二个构造函数
    {
        x = a;
        y = b;
    }

    void output()
    {
        cout << x << endl << y << endl;
    }
};

int main(void)
{
    point pt(6, 8);
    pt.output();

    return 0;
}

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• 可以看到在上述代码中，有两个构造函数，他们的函数名一样，只是参数的类型和个数不一样，这就是C++中函数的重载。
• 当执行point pt(6, 8)这条语句时，C++编译器将根据参数的类型和参数的个数来确定执行哪一个构造函数，在上例中，执行point（int a, int b）函数。
• 函数的重载不仅仅局限于构造函数，所有C++中满足函数名相同，但是函数的参数类型、参数个数不同都可以构成函数的重载。
• 只有函数的返回类型不同是不能构成函数的重载的。
  
  • void output()
  • int output()
  • 上述两个不能构成函数的重载。

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5.析构函数

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• 当一个对象的声明周期结束时，我们应该去释放这个对象所占有的资源，这可以利用析构函数来完成。
• 析构函数的定义格式为：~类名() 如~point()
• 析构函数不允许有返回值。
• 析构函数不允许带参数。
• 一个类中只能有一个析构函数。
• 对一个对象来说，析构函数是最后一个被调用的成员函数。

例如下面这段代码：

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class Student
{
private:
    char *pName;
public:
    Student()
    {
        pName = new char[20];
    }   

    ~Student()
    {
        delete[] pName; //如果类中没有用到指针，则析构函数内部空着就好
    }
};

---

---

6.this指针

先来看几个例子：

• 例一

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#include 

using namespace std;

class point
{
public:
    int x;
    int y;

    point()
    {
        x = 0;
        y = 0;
    }

    point(int a, int b)
    {
        x = a;
        y = b;
    }

    void output()
    {
        cout << x << endl << y << endl;
    }

    void input(int x, int y)
    {
        x = x;
        y = y;
    }
};

int main(void)
{
    point pt(5, 5);
    pt.input(10, 10);
    pt.output();

    return 0;
}

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输出为：

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5
5

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那么为什么输出不是10， 10呢，因为在input函数中，point类的成员变量x和y都是不可见的。并不是说成员变量在成员函数中不可见，而是如果成员函数中定义了和成员变量相同的变量，则成员变量在该成员函数中不可见，在下一个例子中可以说明这一点。

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• 例二

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#include 

using namespace std;

class point
{
public:
    int x;
    int y;

    point()
    {
        x = 0;
        y = 0;
    }

    point(int a, int b)
    {
        x = a;
        y = b;
    }

    void output()
    {
        cout << x << endl << y << endl;
    }

    void input(int x)
    {
        y = x;
    }
};

int main(void)
{
    point pt(5, 5);
    pt.input(10);
    pt.output();

    return 0;
}

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输出为：

---

5
10

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在这个例子中，从输出x=5，y=10可以看出：成员变量y在成员函数input中就是可见的， 成员变量x在成员函数input中是不可见的。

那么该如何利用成员函数给成员变量赋值呢，可以用下面两个方法：

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• 例三

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#include 

using namespace std;

class point
{
public:
    int x;
    int y;

    point()
    {
        x = 0;
        y = 0;
    }

    point(int a, int b)
    {
        x = a;
        y = b;
    }

    void output()
    {
        cout << x << endl << y << endl;
    }

    void input(int c, int d)
    {
        x = c;
        y = d;
    }
};

int main(void)
{
    point pt(5, 5);
    pt.input(10, 10);
    pt.output();

    return 0;
}

---

输出为：

---

10
10

---

• 例四
  
  • 利用this指针，this指针是一个隐藏的指针，它指向对象本身，代表了对象的地址。
  • 例如上面几个例子中的对象pt，this=&pt。
  • 所有对数据成员的访问都隐含地被加上了前缀this->，例如，x=0，等价于this->x=0。

所以我们可以这样写这个程序：

---

#include 

using namespace std;

class point
{
public:
    int x;
    int y;

    point()
    {
        x = 0;
        y = 0;
    }

    point(int a, int b)
    {
        x = a;
        y = b;
    }

    void output()
    {
        cout << x << endl << y << endl;
    }

    void input(int x, int y)
    {
        this->x = x;
        this->y = x;
    }
};

int main(void)
{
    point pt(5, 5);
    pt.input(10, 10);

    return 0;
}

---

输出为：

---

10
10

---

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7.类的继承

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继承

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先看下面这个例子：

---

#include 

using namespace std;

class animal
{
public:
    void eat()
    {
        cout << "animal eat" << endl;
    }

    void sleep()
    {
        cout << "animal sleep" << endl;
    }

    void breathe()
    {
        cout << "animal breathe" << endl;
    }
};

class fish:public animal
{
};

int main(void)
{
    animal an;
    fish fh;
    an.eat();
    fh.eat();

    return 0;
}

---

• 其中fish继承自animal类。
• animal类称为基类，也称为父类。
• fish类称为派生类，也称为子类。
• 声明方法为 “class 派生类名称：访问权限修饰符 基类名称”。
  
  • 访问权限修饰符为public：
    
    • 基类中的成员在派生类中仍以原来的访问权限在派生类中出现。
  • 如果没有指定，则默认是private：
    
    • 基类中的成员在派生类中都变成了private类型的访问权限。
  • 访问权限修饰符为protected：
    
    • 基类中的public和protected成员在派生类中都变成了protected类型的访问权限。
  • 基类中的private成员不能被派生类访问。
• 补充：类中成员访问权限修饰符：
  
  • public：成员可以在任何地方被访问，其它地方访问要加上”对象名.成员“。
  • protected： 成员只能在该类及其子类中访问。
  • private： 成员只能在该类自身中访问，派生类中也不能访问。
• 派生类除了自己的成员变量和成员方法外，还可以继承基类的成员变量和成员方法。

接下来看一下子类和父类的构造函数和析构函数的顺序：

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#include 

using namespace std;

class animal
{
public:
    animal()
    {
        cout << "animal construct" << endl;
    }

    ~animal()
    {
        cout << "animal destruct" << endl;
    }

    void eat()
    {
        cout << "animal eat" << endl;
    }

    void sleep()
    {
        cout << "animal sleep" << endl;
    }

    void breathe()
    {
        cout << "animal breathe" << endl;
    }
};

class fish:public animal
{
public:
    fish()
    {
        cout << "fish construct" << endl;
    }

    ~fish()
    {
        cout << "fish destruct" << endl;
    }
};

int main(void)
{
    fish fh;

    return 0;
}

---

输出为：

---

animal construct
fish construct
fish destruct
animal destruct

---

可以看出，在声明子类对象时，父类的构造函数先运行，然后子类的构造函数，在对象声明周期结束时，子类的析构函数先运行，然后是父类的析构函数。

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在子类中调用父类的带参数的构造函数

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---

#include 

using namespace std;

class animal
{
public:
    animal(int height, int weight)
    {
        cout << "animal construct" << endl;
    }
};

class fish:pubilc animal
{
pubilc:
    fish():animal(400, 300)
    {
        cout << "fish construct" << endl;
    }
};

int main(void)
{
    fish fh;

    return 0;
}

---

在fish类的构造函数后，加一个冒号（：），然后加上父类的带参数的构造函数。这样，在子类的构造函数被调用时，系统就会调用父类的带参数的构造函数去构造对象。

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多重继承

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如同该名字中所描述的，一个类可以从多个基类中派生。

定义形式为：

class 派生类名 : 访问权限 基类名称， 访问权限 基类名称
{
……
};

例如B类是由类C和类D派生的，可按如下方式进行说明：

class B : public C, public D
{
……
};

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8.虚函数与多态性、纯虚函数

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虚函数与多态性

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C++的多态性用一句话概括就是：在基类的函数前加上virtual关键字，在派生类中重写该函数，运行时将会根据对象的实际类型来调用相应的函数。如果对象是派生类，就调用派生类的函数；如果对象是基类，就调用基类的函数。C++的多态性是由虚函数类实现的，而不是纯虚函数。

下面通过两个例子来对比说明：

• 例一

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#include 

using namespace std;

class animal
{
public:
    void eat()
    {
        cout << "animal eat" << endl;
    }

    void sleep()
    {
        cout << "animal sleep" << endl;
    }

    void breathe()
    {
        cout << "animal breathe" << endl;
    }
};

class fish:public animal
{
public:
    void breathe()
    {
        cout << "fish bubble" << endl;
    }
};

void fn(animal *pAn)
{
    pAn->breathe();
}

int main(void)
{
    animal *pAn;
    fish fh;
    pAn = &fh;
    fn(pAn);

    return 0;
}

---

输出为：

---

animal breathe

---

---

• 例二

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#include 

using namespace std;

class animal
{
public:
    void eat()
    {
        cout << "animal eat" << endl;
    }

    void sleep()
    {
        cout << "animal sleep" << endl;
    }

    virtual void breathe()
    {
        cout << "animal breathe" << endl;
    }
};

class fish:public animal
{
public:
    void breathe()
    {
        cout << "fish bubble" << endl;
    }
};

void fn(animal *pAn)
{
    pAn->breathe();
}

int main(void)
{
    animal *pAn;
    fish fh;
    pAn = &fh;
    fn(pAn);

    return 0;
}

---

输出为：

---

fish bubble

---

• 为什么例一中可以直接将fish类的对象fh的地址赋值给animal类的指针变量pAn？
  
  • 因为fish对象也是一个animal对象，对fish类型转换为animal类型不用强制类型转换，C++编译器会自动进行这种转换。反过来，则不能把animal对象看成fish对象。

• 为什么例一的输出结果为“animal breathe”而不是“fish bubble”呢？

  • 因为我们将fish类的对象fh的地址赋值给pAn时，C++编译器进行了类型转换，此时C++编译器认为变量pAn保存的就是animal对象的地址。
  • fish类对象所占的内存图如下所示，它分为两部分。
    
    • animal的对象所占内存；
    • fish的对象自身增加的部分。
  • 当我们将fish类的对象转换为animal类型时，该对象就被认为是原对象整个内存模型的上半部分，也就是“animal的对象所占内存”。当我们利用类型转换后的对象指针去调用它的方法时，自然也就是调用它所在的内存中的方法。

• 用virtual关键字申明的函数叫做虚函数。

• 对于例二输出为“fish bubble”，这就是C++的多态性。当C++编译器在编译的时候，发现animal类的breathe（）是虚函数，这时C++就会采用迟绑定技术。也就是编译时不确定具体调用的函数，而是在运行时，依据对象的类型（在程序中，我们传递的是fish类对象的地址）来确认调用的是哪一个函数，这种能力叫做C++的多态性。我们没有在breathe（）函数前加virtual关键字时，C++编译器在编译时就确定了哪个函数被调用，这叫做早期绑定。

---

纯虚函数

---

---

class animal
{
public:
    void eat()
    {
        cout << "animal eat" << endl;
    }

    void sleep()
    {
    cout << "animal sleep" << endl;
    }

    virtual void breathe() = 0;
};

---

• 纯虚函数是指被标明为不具体实现的虚成员函数。
• 纯虚函数可以让类先具有一个操作名称，而没有操作内容，让派生类在继承时再去具体地给出定义。
• 凡是含有纯虚函数的类叫做抽象类，这种类不能声明对象，只能作为基类为派生类服务。
• 在派生类中，必须完全实现基类的纯虚函数，否则派生类也成了抽象类，不能实例话对象。

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9.函数的覆盖和隐藏

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覆盖

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构成函数覆盖的条件：

• 基类函数必须是虚函数；
• 发生覆盖的两个函数分别位于基类和派生类中；
• 函数名称与参数列表必须完全相同。

例：

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class animal
{
public:
    ...
    virtual void breathe()
    {
        cout << "animal breathe" << endl;
    }
    ...
};

class fish:public animal
{
public:
    ...
    void breathe()
    {
        cout << "fish bubble" << endl;
    }
    ...
};

---

上述例子中，fish类中的breathe（）函数就实现了对animal类中breathe函数的覆盖。fish类中的breathe（）函数仍然是虚函数。

隐藏

• 例一

class animal
{
public:
    ...
    void breathe()
    {
        cout << "animal breathe" << endl;
    }
    ...
};

class fish:public animal
{
public:
    ...
    void breathe()
    {
        cout << "fish bubble" << endl;
    }
    ...
};

---

• 与覆盖中的代码相比，此段代码中，派生类fish和基类animal中的breathe函数也是完全一样的。不同的是breathe函数不是虚函数，这种情况称为函数的隐藏。所谓隐藏，是指派生类中具有与基类同名的函数（不考虑参数列表是否相同），从而在派生类中隐藏了基类的同名函数。

• 两种函数隐藏的情况：

  • 派生类的函数与基类的函数完全相同（函数名和参数列表都相同），只是基类的函数没有使用virtual关键字。此时基类的函数将被隐藏，而不是覆盖。
  • 派生类的函数与基类的函数同名，但参数列表不同，在这种情况下，不管基类的函数声明是否有virtual关键字，基类的函数都将被隐藏（覆盖的条件是函数名和参数列表都相同，且基类中函数用virtual关键字修饰）。

• 例二

---

class Base
{
public:
    virtual void fn();
};

class Derived:public Base
{
public:
    void fn(int);
};

class Derived2:public Derived
{
public:
    void fn();
};

---

• 在Derived类中的fn（）函数隐藏了Base类中的fn（）函数，因此Derived类中的fn（）函数不是虚函数。因为两个函数的参数列表不同。
• 在Derived2类中的fn（）函数覆盖类Derived类中的fn（）函数。因为Derived2类中的fn（）函数和Base类中的fn（）虚函数具有相同的函数名和参数列表，因此Derived2类中的fn（）函数是虚函数。注意：在Derived2中，Base类的fn（）函数是不可见的，但这并不影响fn函数的覆盖，因为Derived2也是Base类的派生类。
• 当隐藏发生时，如果在派生类的同名函数中想要调用基类的被隐藏函数，可以使用类名::函数名（参数）的语法形式。

10.引用

引用就是一个变量的别名。它需要用另一个变量或对象来初始化自身。引用就像一个人的外号一样。

• 例一

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//下面的代码生命了一个引用b，并用变量a进行了初始化
int a = 5;
int &b = a;

---

用&表示申明一个引用，引用必须在申明时进行初始化。

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int a = 5;
int& b = a ;
int c = 3;
b = c;

---

上例中，并不是将b变成c的引用，而是给b赋值，此时b和a的值都变成了3。

• 例二

---

#include 

using namespace std;

//change函数主要用来交换a和b的值
void change(int& a, int& b);

int main(void)
{
    int x = 5;
    int y = 3;
    cout << "original x = " << x << endl;
    cout << "original y = " << y << endl;
    change(x, y); //此处如果用指针传递，则调用change（&x, &y）,这样很容易让人迷惑，不知道交换的是x和y的值，还是x和y的地址？此处使用引用，可读性就比指针要好
    cout << "changed x = " << x << endl;
    cout << "changed y = " << y << endl;
    return 0;
}
/*
change()函数中采用了一个巧妙的算法来实现了a和b值的互换
*/
void change(int& a, int& b)
{
    a = a+b;
    b = a-b;
    a = a-b;
}

---

上述例子中，不能将函数定义成void change(int a, int b)。 如果定义成这样，在调用完成之后，x还是等于原来的x，y还是等于原来的y，因为函数中的a=x，b=y，而x！=a，y！=b。使用引用就不同了，使用引用后，a和x，b和y事实上是相同的，因为他们在内存中占用的是同一个内存单元。

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11.C++类的设计习惯及头文件重复包含问题的解决

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在设计一个类的时候，通常是将类的定义及类成员函数的声明放到头文件（即.h文件）中，将类中成员函数的实现放到源文件（即.cpp）中。对于main（）函数，我们则单独把它放到main.cpp文件中。

对于头文件重复包含的情况，如main.cpp包含了animal.h文件和fish.h文件，而fish.h文件又包含了animal.h文件。这样就会出现头文件重复包含了，编译报错：‘class’ type redefinition。解决方法如下，在每一个头文件中，都使用条件预处理指令，如下：

---

#ifndef _ANIMAL_H_
#define _ANIMAL_H_
class animal
{
public:
    animal();
    ~animal();
    void eat();
    void sleep();
    virtual void breathe();
};
#endif

---