C++——类和对象
文章目录
- 1.面向过程和面向对象的区别
- 2.类的定义
- 3.类的特点
-
- 3.1封装性
- 3.2继承性
- 3.3多态性
- 4.类的访问限定符及封装
-
- 4.1访问限定符
- 4.2封装
- 5.类的作用域
- 6.类的实例化
- 7.计算类对象大小
- 8.this指针
-
- 8.1this指针的引出
- 8.2this指针的特性
- 9.类的6个默认成员函数
-
- 9.1默认构造函数
-
- 9.1.1概念
- 9.1.2特性
- 9.1.3初始化列表
- 9.1.4explicit关键字
- 9.2默认析构函数
-
- 9.2.1概念
- 9.2.2特性
- 9.3默认拷贝构造函数
-
- 9.3.1概念
- 9.3.2特征
- 9.4默认重载赋值运算符函数
-
- 9.4.1运算符重载
- 9.4.2默认重载赋值运算符函数
- 9.4.3前置++和后置++重载
- 9.5默认重载取地址运算符函数\默认重载取地址运算符const函数
- 10.static成员
-
- 10.1概念
- 10.2特性
- 11.友元
-
- 11.1友元函数
- 11.2友元类
- 12.内部类
-
- 12.1概念
- 12.2特性
- 12.内部类
-
- 12.1概念
- 12.2特性
1.面向过程和面向对象的区别
面向过程是一种按照步骤和顺序执行的编程方式，适合简单问题的解决。
面向对象是一种对象与对象之间的交互关系，更加灵活，适合大型项目和复杂问题的解决。
2.类的定义
class className
{
//类体：由成员函数和成员变量组成
}； //一定要注意后面的分号
类是面向对象编程中的一个重要概念，它是一种抽象的数据类型，用于描述具有相同属性和行为的对象的集合。类由属性和方法组成，属性表示对象的特征，而方法表示对象的行为。
class为定义类的关键字，className为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束后面分号不能省略
类体中内容称为类的成员：类中的变量称为类的属性或成员变量；类中的函数称为类的方法胡或者成员函数
3.类的特点
3.1封装性
类将数据和操作封装在一起，通过访问控制来隐藏内部细节，只暴露必要的接口给外部使用
3.2继承性
类可以通过继承机制派生出新的类，子类可以继承父类的属性和方法，并可以在此基础上添加新的属性和方法
3.3多态性
多态是指同一操作在不同对象上具有不同的行为。在面向对象编程中，多态可以通过方法的重写和重载实现
4.类的访问限定符及封装
4.1访问限定符
C++实现封装的方式：用类将对象的属性与方法结合在一起，让对象更加完善，通过访问权限选择性的将其接口提供给外部的用户使用
访问限定符说明
- public修饰的成员在类外可以之间被访问
- protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问（此处protected和private是类似的）
- 访问权限作用域从该访问限定出现的位置开始直到下一个访问限定符出现时为止
- 如果后面没有访问限定符，作用域就到}即类结束
- class的默认访问权限为private，struct为public（因为struct要兼容C）
注意：访问限定符只在编译时有用，当数据映射到内存后，没有任何访问限定符上的区别
4.2封装
将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互
5.类的作用域
类定义了一个新的作用域，类的所有成员在类的作用域中。在类体外定义车成员时，需要使用::作用域操作符指明成员属于哪个类域
class Person
{
public:
void PrintPersonInfo();
private:
char _name[20];
char _gender[3];
int _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{
cout << _name << " "<< _gender << " " << _age << endl;
}
6.类的实例化
用类类型创建对象的过程，称为类的实例化。
定义出一个类不会分配实际的内存空间
一个类可以实例化多个对象，实例化出的对象占用实际的物理空间，存储类成员变量
#include
using namespace std;
//类的定义
class Person
{
public:
const char* _name;
const char* _sex;
int _age;
};
//类的实例化+输出
int main()
{
Person man;
man._name = "jack";
man._age = 10;
man._sex = "男";
cout << man._name << endl;
cout << man._age << endl;
cout << man._sex << endl;
}
输出结果：
jack
10
男
7.计算类对象大小
一个类的大小，实际就是该类中的成员变量之和，当然要注意内存对齐
注意空类的大小，空类比较特殊，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类的对象
#include
using namespace std;
// 类中既有成员变量，又有成员函数
class A1 {
public:
void f1() {}
private:
int _a;
};
// 类中仅有成员函数
class A2 {
public:
void f2() {}
};
// 类中什么都没有---空类
class A3
{};
int main()
{
cout << sizeof(A1) << endl;
cout << sizeof(A2) << endl;
cout << sizeof(A3) << endl;
return 0;
}
输出结果：
4
1
1
结构体内存对齐规则
- 第一个成员在结构体偏移量为0的地址处
- 其他成员变量要对齐到某处数字（对齐数）的整数倍的地址处（注意：对其数=编译器默认的一个对齐数与该成员大小的较小值，VS默认对齐数为8）
- 结构体总大小为：最大对其数（所有变量类型最大者与默认对其数取最小）的整数倍
- 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍
8.this指针
8.1this指针的引出
C++编译器给每个非静态的成员函数增加了一个隐藏的指针参数，让该指针指向当前对象（函数运行时调用该函数的对象），在函数体中所有成员变量的操作，都是通过该指针去访问，只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。
8.2this指针的特性
- this指针的类型：
类类型*const，即成员函数中，不能给this指针赋值 - 只能在成员函数的内部使用
this指针本质上是成员函数的形参，当对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参，所以对象中不存储this指针this指针是成员函数第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户传递- this指针可以看作一个指向当前对象的常量指针，它不能被修改，可以通过this指针来访问当前对象的成员
9.类的6个默认成员函数
9.1默认构造函数
9.1.1概念
构造函数是一种特殊的成员函数，名字与类名相同，创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证每个数据成员都有一个合适的初始化，并且在对象整个生命周期只调用一次
9.1.2特性
- 函数名与类名相同
- 无返回值
- 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数
- 构造函数可以重载
- 如果类中没有显示定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，一旦用户显示定义编译器将不再生成
- 编译器生成的默认构造函数会对自定义类型成员调用它的默认构造函数
#include
using namespace std;
class Date
{
public:
//无参数的构造函数
Date()
{
}
//带参数的构造函数
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
//注意：如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用跟括号，否则就成了函数声明
Date d1;//调用无参的构造函数
Date d2(2019, 1, 1);//调用带参的构造函数
}
7.C++11中对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值
#include
using namespace std;
class Time
{
public:
Time()
{
cout << "Time()" << endl;
_hour = 0;
_minute = 0;
_second = 0;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
void Printf()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
d.Printf();
return 0;
}
运行结果：
Time()
1970年1月1日
8.无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。注意无参的构造函数，全缺省的构造函数，我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认构造函数。
#include
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year <<"年" << _month <<"月" << _day <<"月" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
d1.Print();
Date d2(2000, 2, 2);
d2.Print();
}
9.1.3初始化列表
初始化列表：以一个冒号开始，接着是一个以逗号分隔的数据成员列表，每个成员变量后面跟一个放在括号中的初始值或表达式
#include
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
,_month(month)
,_day(day)
{}
void Print()
{
cout << _year <<"年" << _month <<"月" << _day <<"日" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(1000,1,1);
d1.Print();
}
-
每个成员变量在初始化列表中只能出现一次（初始化只能初始化一次）
-
类中包含以下成员，必须先放在初始化列表位置进行初始化：引用成员变量、const成员函数、自定义类型成员（且该类没有默认构造函数时）
class A { public: A(int a) :_a(a) {} private: int _a; }; class B { public: B(int a, int ref) :_aobj(a) , _ref(ref) , _n(10) {} private: A _aobj; // 没有默认构造函数 int& _ref; // 引用 const int _n; // const }; -
尽量使用初始化列表初始化，因为不管你是否使用初始化列表，对于自定义类型成员变量，一定会先使用初始化列表初始化
-
成员变量在类中声明次序就是其在初始化列表中的初始化顺序，与其在初始化列表中的先后次序无关
9.1.4explicit关键字
构造函数不仅可以构造与初始化对象，对于单个参数或者除第一个参数无默值其余均有默认的构造函数，还具有类型转换的作用
9.2默认析构函数
9.2.1概念
与构造函数功能相反，析构函数不是完成对对象本身的销毁，局部对象销毁工作是由编译器完成的。而对象在销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理工作
9.2.2特性
- 析构函数名是在类名前加上字符~
- 无参数无返回值类型
- 一个类只能有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。注意：析构函数不能重载
- 对象生命周期结束时，C++编译器系统自动调用析构函数
- 编译器生成的默认析构函数，对自定义类型成员调用它的析构函数。
- 如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数；有资源申请时，一定要写，否则会造成资源泄露。
9.3默认拷贝构造函数
9.3.1概念
用已经存在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用
9.3.2特征
-
拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式
-
拷贝构造函数的参数只是一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用
#includeusing namespace std; class Date { public: Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1) { _year = year; _month = month; _day = day; } Date(const Date& d) { _year = d._year; _month = d._month; _day = d._day; } void Print() { cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl; } private: int _year; int _month; int _day; }; int main() { Date d1; Date d2(d1); d1.Print(); d2.Print(); return 0; } //如果在拷贝构造函数中将对象按值进行传递，会导致无穷递归的问题。这是因为拷贝构造函数的参数是一个对象，如果将对象按值传递给拷贝构造函数，那么在调用拷贝构造函数时又会创建一个新的对象，这个新对象又会调用拷贝构造函数，如此无限递归下去。 //为了避免无穷递归的问题，应该将对象按引用传递给拷贝构造函数，即使用常量引用作为参数类型。这样可以避免创建新的对象，只是使用已有的对象进行拷贝。 -
**若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。**默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫浅拷贝，或者值拷贝
#includeusing namespace std; class Time { public: //默认构造函数 Time() { _hour = 1; _minute = 1; _second = 1; } //默认拷贝构造 Time(const Time& t) { _hour = t._hour; _minute = t._minute; _second = t._second; //cout << "Time::Time(const Time&)" << endl; } void Print() { cout << _hour <<":" << _minute <<":" << _second <<":" << endl; } private: int _hour; int _minute; int _second; }; class Date { public: void Print() { cout << _year << ":" << _month << ":" << _day << ":" << ":"; _t.Print(); } private: // 基本类型(内置类型) int _year = 1970; int _month = 1; int _day = 1; // 自定义类型 Time _t; }; int main() { Date d1; // 用已经存在的d1拷贝构造d2，此处会调用Date类的拷贝构造函数 // 但Date类并没有显式定义拷贝构造函数，则编译器会给Date类生成一个默认的拷贝构造函数 Date d2(d1); d2.Print(); return 0; } -
在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型按照字节方式直接拷贝的，而自定义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
-
类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以，一旦涉及到资源申请时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就算是值拷贝。
-
拷贝构造函数典型调用场景：
使用已经存在对象创建新对象
函数参数类型为类类型对象
函数返回值类型为类类型对象
#includeusing namespace std; class Date { public: Date(int year, int minute, int day) { cout << "Date(int,int,int):" << this << endl; } Date(const Date& d)//使用已经存在对象创建新对象 { cout << "Date(const Date& d):" << this << endl; } ~Date() { cout << "~Date():" << this << endl; } private: int _year; int _month; int _day; }; Date Test(Date d)//函数参数类型为类类型对象\函数返回值类型为类类型对象 { Date temp(d); return temp; } int main() { Date d1(2022, 1, 13); Test(d1); return 0; }
9.4默认重载赋值运算符函数
9.4.1运算符重载
C++为了增强代码的可读性引入了运算符重载，运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似
函数名为：关键字operator后面接需要重载的运算符符号
函数原型：返回值类型 operator操作数（参数列表）
【注意事项】
- 不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
- 重载操作数必须有一个类类型参数
- 用于内置类型的运算时，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不能改变其含义
- 作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐藏的this
.* :: sizeof ?: .注意以上5个运算符不能重载。
#include
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//bool operator==(Date* this,const Date& d2)
bool operator==(const Date& d2)
{
return _year == d2._year && _month == d2._month && _day == d2._day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2000, 1, 2);
Date d2(2000, 1, 2);
cout << (d1 == d2) << endl;
}
9.4.2默认重载赋值运算符函数
1.赋值运算符重载格式
- 参数类型 ：const T&，传递引用可以提高传参效率
- 返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值
- 检测是否自己给自己赋值
- 返回*this：要符合连续赋值的含义
#include
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
Date(const Date& d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
Date& operator=(const Date& d)
{
if (this != &d)
{
_year = d._year;
_month = d._month;
_day = d._day;
}
return *this;
}
void Print()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1(2000, 2, 2);
Date d2;
Date d3;
d2 = d1;
d3 = d2 = d1;
d1.Print();
d2.Print();
d3.Print();
return 0;
}
2.赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数(赋值运算符如果不显示实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值运算符重符只能是类的成员函数)
3.用户没有显示实现时，编译器会生成一个默认重载赋值运算符函数，以值的方法逐字节拷贝。（注意：内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符重载完成赋值）
#include
using namespace std;
class Time
{
public:
Time()
{
_hour = 1;
_minute = 1;
_second = 1;
}
Time& operator=(const Time& t)
{
if (this != &t)
{
_hour = t._hour;
_minute = t._minute;
_second = t._second;
}
return *this;
}
void Print()
{
cout << _hour << "小时" << _minute << "分钟" << _second << "秒" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" <<" ";
_t.Print();
}
private:
//内置类型
int _year=1900;
int _month=1;
int _day=1;
//自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d1;
Date d2;
d1 = d2;
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}
9.4.3前置++和后置++重载
#include
using namespace std;
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
//前置++
Date& operator++()
{
_day += 1;
return *this;
}
//后置++
Date operator++(int)//temp是临时对象，因此只能以值的方式返回，不能返回引用
{
Date temp(*this);
_day += 1;
return temp;
}
void Print()
{
cout << _year <<" " << _month <<" " << _day <<" " << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d;
Date d1(2022, 2, 2);
d = d1++;
d.Print(); //2022 2 2
d1.Print(); //2022 2 3
d = ++d1;
d.Print(); //2022 2 4
d1.Print(); //2022 2 4
return 0;
}
9.5默认重载取地址运算符函数\默认重载取地址运算符const函数
这两个默认成员函数一般不用重新定义，编译器默认会生成
#include
using namespace std;
class Date
{
public:
Date* operator&()
{
return this;
}
const Date* operator&() const
{
return this;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1;
Date* p1 = &d1;
const Date* p2 = &d1;
cout <<"p1:" << p1 << endl;
cout <<"p2:" << p2 << endl;
return 0;
}
10.static成员
10.1概念
声明为static的类成员称为类的静态成员，用static修饰的成员变量，称之为静态成员变量，用static修饰的成员函数，称之为静态成员函数，静态成员变量一定要在类外进行初始化
10.2特性
静态成员为所有类对象所共享，不属于某具体的对象，存放在静态区静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字，类中只是声明- 类静态成员即可用
类名::静态成员或者对象.静态成员来访问 静态成员函数没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员- 静态成员也是类的成员，受public、protected、private访问限定符的限制
11.友元
友元提供了一种突破封装的方法，有时提供了便利，但是友元会增加耦合度，破坏了封装，所以友元不宜多用（友元分为友元函数和友元类）
11.1友元函数
友元函数可以直接访问类的私有成员，它是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但需要在类的内部声明，声明时需要加friend关键字
#include
using namespace std;
class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& _const, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:
Date(int year=1900, int month=1, int day=1)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
istream& operator>>(istream& _cin, Date& d)
{
_cin >> d._year;
_cin >> d._month;
_cin >> d._day;
return _cin;
}
int main()
{
Date d;
cin >> d;
cout << d << endl;
return 0;
}
说明：
- 友元函数可以访问类的私有和保护成员，但不是类的成员函数
- 友元函数不能用const修饰
- 友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受访问限定符限制
- 一个函数可以是多个类的友元函数
- 友元函数的调用与普通函数的调用原理相同
11.2友元类
友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的非共有成员
- 友元关系是单向的，不具有交换性
- 友元关系不能传递
- 友元关系不能继承
#include
using namespace std;
class Time
{
//声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类中的私有成员变量
friend class Date;
public:
Time(int hour = 1, int minute = 1, int second = 1)
:_hour(hour)
,_minute(minute)
,_second(second)
{}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
{
//直接访问时间类私有的成员变量
cout<<(_t._hour = hour)<<" ";
cout << (_t._minute = minute) << " ";
cout << (_t._second = second) <<" ";
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
Time _t;
};
int main()
{
Date d1;
d1.SetTimeOfDate(1000,1,1);
}
12.内部类
12.1概念
如果一个类定义在另一个类的内部，这个内部类就叫做内部类。内部类是一个独立的类，它不属于外部类，更不能通过外部类的对象去访问内部类的成员，外部类对内部类没有任何优越的访问权限.
内部类是外部类的友元类，内部类可以通过外部类的对象参数来访问外部类中的所有成员。但是外部类不是内部类的友元
12.2特性
- 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的
- 注意内部类可以直接访问外部类中的static成员，不需要外部类的对象/类名
- sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系
#include
using namespace std;
class A
{
private:
static int k;
int h=11;
public:
class B //B天生就是A的友元
{
public:
void foo(const A& a)
{
cout << k << endl;
cout << a.h << endl;
}
};
};
int A::k = 1;
int main()
{
A::B b;
b.foo(A());
return 0;
}
12.内部类
12.1概念
如果一个类定义在另一个类的内部，这个内部类就叫做内部类。内部类是一个独立的类，它不属于外部类，更不能通过外部类的对象去访问内部类的成员，外部类对内部类没有任何优越的访问权限.
内部类是外部类的友元类，内部类可以通过外部类的对象参数来访问外部类中的所有成员。但是外部类不是内部类的友元
12.2特性
- 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的
- 注意内部类可以直接访问外部类中的static成员，不需要外部类的对象/类名
- sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系
#include
using namespace std;
class A
{
private:
static int k;
int h=11;
public:
class B //B天生就是A的友元
{
public:
void foo(const A& a)
{
cout << k << endl;
cout << a.h << endl;
}
};
};
int A::k = 1;
int main()
{
A::B b;
b.foo(A());
return 0;
}