c++核心编程
c++核心编程
- 序言
- 1.内存分区模型
-
- 1.1程序运行前
- 1.2程序运行后
- 1.3 new操作符
- 2 引用
-
- 2.1 引用的基本使用
- 2.2 引用注意事项
- 2.3 引用做函数参数
-
- 2.4 引用做函数返回值
- 2.5 引用的本质
- 2.6 常量引用
- 3.函数提高
- 4.类与对象
-
- 4.1封装
-
- 4.1.1 封装的意义
- 4.1.2 struct和class区别
- 4.2 对象的初始化和清理
-
- 4.2.1 构造函数和析构函数
- 4.2.2 构造函数的分类及调用
- 4.2.3 拷贝构造函数调用时机
- 4.2.4 构造函数调用规则
- 4.2.5 深拷贝与浅拷贝
- 4.2.6 初始化列表
- 4.4 友元
-
- 4.4.1 全局函数做友元
- 4.5 运算符重载
- 4.6继承
-
- 4.6.1 继承的基本语法
- 4.6.2 继承方式
- 4.7 多态
-
- 4.7.1 多态的基本概念
序言
本文章主要介绍C++面向对象编程技术做了详细的讲解
1.内存分区模型
- 代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理的
- 全局区：存放全局变量和静态变量以及常量
- 栈区：由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量等
- 堆区：由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收
内存四区意义：
不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期, 给我们更大的灵活编程
1.1程序运行前
在程序编译后，生成了exe可执行程序，未执行该程序前分为两个区域
代码区：
存放 CPU 执行的机器指令
代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可
代码区是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令
全局区：
全局变量和静态变量存放在此.
全局区还包含了常量区, 字符串常量和其他常量也存放在此.
该区域的数据在程序结束后由操作系统释放.
总结：
- C++中在程序运行前分为全局区和代码区
- 代码区特点是共享和只读
- 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
- 常量区中存放 const修饰的全局常量 和 字符串常量
1.2程序运行后
栈区：
由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量等
注意事项：不要返回局部变量的地址，栈区开辟的数据由编译器自动释放
堆区：
由程序员分配释放,若程序员不释放,程序结束时由操作系统回收
在C++中主要利用new在堆区开辟内存
总结：
堆区数据由程序员管理开辟和释放
堆区数据利用new关键字进行开辟内存
1.3 new操作符
C++中利用new操作符在堆区开辟数据
堆区开辟的数据，由程序员手动开辟，手动释放，释放利用操作符 delete
语法： new 数据类型
利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型的指针
示例1： 基本语法
int* func()
{
int* a = new int(10);
return a;
}
int main() {
int *p = func();
cout << *p << endl;
cout << *p << endl;
//利用delete释放堆区数据
delete p;
//cout << *p << endl; //报错，释放的空间不可访问
system("pause");
return 0;
}
示例2：开辟数组
//堆区开辟数组
int main() {
int* arr = new int[10];
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
arr[i] = i + 100;
}
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
cout << arr[i] << endl;
}
//释放数组 delete 后加 []
delete[] arr;
system("pause");
return 0;
}
2 引用
2.1 引用的基本使用
**作用:**给变量起别名
语法： 数据类型 &别名 = 原名
示例：
int main() {
int a = 10;
int &b = a;
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
b = 100;
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
system("pause");
return 0;
}
2.2 引用注意事项
- 引用必须初始化
- 引用在初始化后，不可以改变
示例：
int main() {
int a = 10;
int b = 20;
//int &c; //错误，引用必须初始化
int &c = a; //一旦初始化后，就不可以更改
c = b; //这是赋值操作，不是更改引用
cout << "a = " << a << endl;
cout << "b = " << b << endl;
cout << "c = " << c << endl;
system("pause");
return 0;
}
2.3 引用做函数参数
**作用：**函数传参时，可以利用引用的技术让形参修饰实参
**优点：**可以简化指针修改实参
示例：
//1. 值传递
void mySwap01(int a, int b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
//2. 地址传递
void mySwap02(int* a, int* b) {
int temp = *a;
*a = *b;
*b = temp;
}
//3. 引用传递
void mySwap03(int& a, int& b) {
int temp = a;
a = b;
b = temp;
}
int main() {
int a = 10;
int b = 20;
mySwap01(a, b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
mySwap02(&a, &b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
mySwap03(a, b);
cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;
system("pause");
return 0;
}
总结：通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单
2.4 引用做函数返回值
作用：引用是可以作为函数的返回值存在的
注意：不要返回局部变量引用
用法：函数调用作为左值
示例
//返回局部变量引用
int& test01() {
int a = 10; //局部变量
return a;
}
//返回静态变量引用
int& test02() {
static int a = 20;
return a;
}
int main() {
//不能返回局部变量的引用
int& ref = test01();
cout << "ref = " << ref << endl;
cout << "ref = " << ref << endl;
//如果函数做左值，那么必须返回引用
int& ref2 = test02();
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
test02() = 1000;
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
system("pause");
return 0;
}
2.5 引用的本质
本质：引用的本质在c++内部实现是一个指针常量.
2.6 常量引用
**作用：**常量引用主要用来修饰形参，防止误操作
在函数形参列表中，可以加const修饰形参，防止形参改变实参
3.函数提高
略
4.类与对象
C++面向对象的三大特性为：封装、继承、多态
C++认为万事万物都皆为对象，对象上有其属性和行为
例如：
人可以作为对象，属性有姓名、年龄、身高、体重…，行为有走、跑、跳、吃饭、唱歌…
车也可以作为对象，属性有轮胎、方向盘、车灯…,行为有载人、放音乐、放空调…
具有相同性质的对象，我们可以抽象称为类，人属于人类，车属于车类
4.1封装
4.1.1 封装的意义
封装是C++面向对象三大特性之一
封装的意义：
- 将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物
- 将属性和行为加以权限控制
封装意义一：
在设计类的时候，属性和行为写在一起，表现事物
语法： class 类名{ 访问权限： 属性 / 行为 };
封装意义二：
类在设计时，可以把属性和行为放在不同的权限下，加以控制
访问权限有三种：
- public 公共权限 类内可以访问 类外可以访问
- protected 保护权限 类内可以访问 类外不可以访问
- private 私有权限 类内可以访问 类外不可以访问
4.1.2 struct和class区别
在C++中 struct和class唯一的区别就在于 默认的访问权限不同
区别：
- struct 默认权限为公共
- class 默认权限为私有
4.2 对象的初始化和清理
- 生活中我们买的电子产品都基本会有出厂设置，在某一天我们不用时候也会删除一些自己信息数据保证安全
- C++中的面向对象来源于生活，每个对象也都会有初始设置以及 对象销毁前的清理数据的设置。
4.2.1 构造函数和析构函数
对象的初始化和清理也是两个非常重要的安全问题
一个对象或者变量没有初始状态，对其使用后果是未知
同样的使用完一个对象或变量，没有及时清理，也会造成一定的安全问题
c++利用了构造函数和析构函数解决上述问题，这两个函数将会被编译器自动调用，完成对象初始化和清理工作。
对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情，因此如果我们不提供构造和析构，编译器会提供
编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。
- 构造函数：主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值，构造函数由编译器自动调用，无须手动调用。
- 析构函数：主要作用在于对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工作。
构造函数语法：类名(){}
- 构造函数，没有返回值也不写void
- 函数名称与类名相同
- 构造函数可以有参数，因此可以发生重载
- 程序在调用对象时候会自动调用构造，无须手动调用,而且只会调用一次
析构函数语法： ~类名(){}
- 析构函数，没有返回值也不写void
- 函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~
- 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
- 程序在对象销毁前会自动调用析构，无须手动调用,而且只会调用一次
示例
class Person
{
public:
//构造函数
Person()
{
cout << "Person的构造函数调用" << endl;
}
//析构函数
~Person()
{
cout << "Person的析构函数调用" << endl;
}
};
void test01()
{
Person p;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.2.2 构造函数的分类及调用
两种分类方式：
按参数分为： 有参构造和无参构造
按类型分为： 普通构造和拷贝构造
三种调用方式：
括号法
显示法
隐式转换法
示例
//1、构造函数分类
// 按照参数分类分为 有参和无参构造 无参又称为默认构造函数
// 按照类型分类分为 普通构造和拷贝构造
class Person {
public:
//无参（默认）构造函数
Person() {
cout << "无参构造函数!" << endl;
}
//有参构造函数
Person(int a) {
age = a;
cout << "有参构造函数!" << endl;
}
//拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
age = p.age;
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
}
//析构函数
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
}
public:
int age;
};
//2、构造函数的调用
//调用无参构造函数
void test01() {
Person p; //调用无参构造函数
}
//调用有参的构造函数
void test02() {
//2.1 括号法，常用
Person p1(10);
//注意1：调用无参构造函数不能加括号，如果加了编译器认为这是一个函数声明
//Person p2();
//2.2 显式法
Person p2 = Person(10);
Person p3 = Person(p2);
//Person(10)单独写就是匿名对象 当前行结束之后，马上析构
//2.3 隐式转换法
Person p4 = 10; // Person p4 = Person(10);
Person p5 = p4; // Person p5 = Person(p4);
//注意2：不能利用 拷贝构造函数 初始化匿名对象 编译器认为是对象声明
//Person p5(p4);
}
int main() {
test01();
//test02();
system("pause");
return 0;
}
4.2.3 拷贝构造函数调用时机
C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况
- 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
- 值传递的方式给函数参数传值
- 以值方式返回局部对象
4.2.4 构造函数调用规则
默认情况下，c++编译器至少给一个类添加3个函数
1．默认构造函数(无参，函数体为空)
2．默认析构函数(无参，函数体为空)
3．默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝
构造函数调用规则如下：
-
如果用户定义有参构造函数，c++不在提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造
-
如果用户定义拷贝构造函数，c++不会再提供其他构造函数
4.2.5 深拷贝与浅拷贝
深浅拷贝是面试经典问题，也是常见的一个坑
浅拷贝：简单的赋值拷贝操作
深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作
总结：如果属性有在堆区开辟的，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题
4.2.6 初始化列表
作用：
C++提供了初始化列表语法，用来初始化属性
语法：构造函数()：属性1(值1),属性2（值2）... {}
4.4 友元
生活中你的家有客厅(Public)，有你的卧室(Private)
客厅所有来的客人都可以进去，但是你的卧室是私有的，也就是说只有你能进去
但是呢，你也可以允许你的好闺蜜好基友进去。
在程序里，有些私有属性 也想让类外特殊的一些函数或者类进行访问，就需要用到友元的技术
友元的目的就是让一个函数或者类 访问另一个类中私有成员
友元的关键字为 friend
友元的三种实现
- 全局函数做友元
- 类做友元
- 成员函数做友元
4.4.1 全局函数做友元
class Building
{
//告诉编译器 goodGay全局函数 是 Building类的好朋友，可以访问类中的私有内容
friend void goodGay(Building * building);
public:
Building()
{
this->m_SittingRoom = "客厅";
this->m_BedRoom = "卧室";
}
public:
string m_SittingRoom; //客厅
private:
string m_BedRoom; //卧室
};
void goodGay(Building * building)
{
cout << "好基友正在访问： " << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友正在访问： " << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
Building b;
goodGay(&b);
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.5 运算符重载
运算符重载概念：对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应不同的数据类型
示例：
class Person {
public:
Person() {};
Person(int a, int b)
{
this->m_A = a;
this->m_B = b;
}
//成员函数实现 + 号运算符重载
Person operator+(const Person& p) {
Person temp;
temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
return temp;
}
public:
int m_A;
int m_B;
};
//全局函数实现 + 号运算符重载
//Person operator+(const Person& p1, const Person& p2) {
// Person temp(0, 0);
// temp.m_A = p1.m_A + p2.m_A;
// temp.m_B = p1.m_B + p2.m_B;
// return temp;
//}
//运算符重载 可以发生函数重载
Person operator+(const Person& p2, int val)
{
Person temp;
temp.m_A = p2.m_A + val;
temp.m_B = p2.m_B + val;
return temp;
}
void test() {
Person p1(10, 10);
Person p2(20, 20);
//成员函数方式
Person p3 = p2 + p1; //相当于 p2.operaor+(p1)
cout << "mA:" << p3.m_A << " mB:" << p3.m_B << endl;
Person p4 = p3 + 10; //相当于 operator+(p3,10)
cout << "mA:" << p4.m_A << " mB:" << p4.m_B << endl;
}
int main() {
test();
system("pause");
return 0;
}
4.6继承
4.6.1 继承的基本语法
例如我们看到很多网站中，都有公共的头部，公共的底部，甚至公共的左侧列表，只有中心内容不同
接下来我们分别利用普通写法和继承的写法来实现网页中的内容，看一下继承存在的意义以及好处
普通实现：
//Java页面
class Java
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...（公共头部）" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "JAVA学科视频" << endl;
}
};
//Python页面
class Python
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...（公共头部）" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
//C++页面
class CPP
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...（公共头部）" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};
void test01()
{
//Java页面
cout << "Java下载视频页面如下： " << endl;
Java ja;
ja.header();
ja.footer();
ja.left();
ja.content();
cout << "--------------------" << endl;
//Python页面
cout << "Python下载视频页面如下： " << endl;
Python py;
py.header();
py.footer();
py.left();
py.content();
cout << "--------------------" << endl;
//C++页面
cout << "C++下载视频页面如下： " << endl;
CPP cp;
cp.header();
cp.footer();
cp.left();
cp.content();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
继承实现：
//公共页面
class BasePage
{
public:
void header()
{
cout << "首页、公开课、登录、注册...（公共头部）" << endl;
}
void footer()
{
cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
}
};
//Java页面
class Java : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "JAVA学科视频" << endl;
}
};
//Python页面
class Python : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
//C++页面
class CPP : public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};
void test01()
{
//Java页面
cout << "Java下载视频页面如下： " << endl;
Java ja;
ja.header();
ja.footer();
ja.left();
ja.content();
cout << "--------------------" << endl;
//Python页面
cout << "Python下载视频页面如下： " << endl;
Python py;
py.header();
py.footer();
py.left();
py.content();
cout << "--------------------" << endl;
//C++页面
cout << "C++下载视频页面如下： " << endl;
CPP cp;
cp.header();
cp.footer();
cp.left();
cp.content();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：
继承的好处：可以减少重复的代码
class A : public B;
A 类称为子类 或 派生类
B 类称为父类 或 基类
派生类中的成员，包含两大部分：
一类是从基类继承过来的，一类是自己增加的成员。
从基类继承过过来的表现其共性，而新增的成员体现了其个性。
4.6.2 继承方式
继承的语法：class 子类 : 继承方式 父类
继承方式一共有三种：
- 公共继承
- 保护继承
- 私有继承
4.7 多态
4.7.1 多态的基本概念
多态是C++面向对象三大特性之一
多态分为两类
- 静态多态: 函数重载 和 运算符重载属于静态多态，复用函数名
- 动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态
静态多态和动态多态区别：
- 静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址
- 动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址
下面通过案例进行讲解多态
class Animal
{
public:
//Speak函数就是虚函数
//函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。
virtual void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
class Cat :public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "小猫在说话" << endl;
}
};
class Dog :public Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "小狗在说话" << endl;
}
};
//我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
//如果函数地址在编译阶段就能确定，那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编
void DoSpeak(Animal & animal)
{
animal.speak();
}
//
//多态满足条件：
//1、有继承关系
//2、子类重写父类中的虚函数
//多态使用：
//父类指针或引用指向子类对象
void test01()
{
Cat cat;
DoSpeak(cat);
Dog dog;
DoSpeak(dog);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：
多态满足条件
- 有继承关系
- 子类重写父类中的虚函数
多态使用条件
- 父类指针或引用指向子类对象
重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写