C++进阶语法——OOP（面向对象）【学习笔记（四）】

1、C++ OOP⾯向对象开发

1.1 类（classes）和对象（objects）

简单介绍一下类：

• C++ 类（classes）
------->• 创建对象⽤的蓝图（blueprint）
------->• ⽤户⾃定义的数据类型
------->• 有成员属性（data）和成员⽅法（methods）
------->• 可以隐藏属性和⽅法（private）
------->• 可以提供公共接⼝（public）
• 示例： Account, Student, std::vector, std::string

简单介绍一下对象：

• C++ 对象（objects）
------->• 由类创建⽽来
------->• 表示类的⼀个具体的实例（Instance）
------->• 可以有很多个实例，每个都有独⽴的身份
------->• 每个对象都可以使⽤类中定义的⽅法
• Account对象示例：
------->• Jobs、Alice 的account是Account类的实例
------->• 每个实例都有它的余额、可以提现、存钱

虽然 int 不是类，这里把它看成一个类，int 后面的 high_score 和 low_score 可以看成 int 类实例化后的对象；
创建 Account 类后，实例化2个对象，分别是：jobs_account 和 alice_account；
std是类，后面跟着的容器 vector 和字符串 string 是对象；
如下图所示，

A、声明一个类：

B、创建类的对象：

还可以根据类创建一个指针，并且在堆上使用关键字 new 动态分配内存空间，使用后用 delete 删除释放内存空间，

一旦有了类的对象，就可以像 C++ 其他变量去使用

代码：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

class Account
{
    // 属性
    string name {"None"};
    double balance {0.0};

    // 方法
    bool deposit(double amount); // 存款
    bool withdraw(double amount); // 取款
};

int main()
{
    Account jobs_account;  // 初始化属性
    Account alice_account;  // 初始化属性

    Account accounts [] {jobs_account, alice_account}; // 数组

    vector<Account> accounts_vec {jobs_account}; // vector
    accounts_vec.push_back(alice_account);

    Account *p_account = new Account(); // 指针
    delete p_account;

    return 0;
}

C、获取类的属性或⽅法：

使⽤点操作符：

如果是⼀个指向对象的指针，可以解引⽤或者使⽤箭头操作符，
需要注意： 使用 . 操作符的时候需要在前面加一个括号 () ，因为 . 操作符的优先级高于 * 解引用运算符的优先级，

代码：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

class Account
{
public:    
    // 属性
    string name {"None"};
    double balance {0.0};

    // 方法
    bool deposit(double amount){
        balance += amount;
        cout << name << "刚存入" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;
        return true;
    }; // 存款
    bool withdraw(double amount){
        if (balance >= amount){
            balance -= amount;
            cout << name << "刚取出" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;
            return true;
        } else {
            cout << name << "余额不足，取款失败" << endl;
            return false;
        }
    }; // 取款
};

int main()
{
    Account jobs_account;
    jobs_account.name = "Jobs";
    jobs_account.balance = 1000.0;

    jobs_account.deposit(500.0);

    Account *alice_account = new Account();
    (*alice_account).name = "Alice";
    alice_account->balance = 2000.0;

    (*alice_account).deposit(1000.0);
    alice_account->withdraw(500.0);

    return 0;
}

1.2 public、private、protected访问权限

• public
----->• 可以被任何实体访问
• private
----->• 只能被本类的⽅法访问
• protected
----->• 可以被本类和⼦类（继承）的⽅法访问

代码：

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

class Account
{
private:    
    // 属性
    string name {"None"};
    double balance {0.0};

public:
    // 方法
    bool deposit(double amount){
        balance += amount;
        cout << name << "刚存入" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;
        return true;
    }; // 存款
    bool withdraw(double amount){
        if (balance >= amount){
            balance -= amount;
            cout << name << "刚取出" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;
            return true;
        } else {
            cout << name << "余额不足，取款失败" << endl;
            return false;
        }
    }; // 取款
};

int main()
{
    Account jobs_account;
    // jobs_account.name = "Jobs";
    // jobs_account.balance = 1000.0;

    // cout << jobs_account.name << "的余额为" << jobs_account.balance << "元" << endl;

    jobs_account.deposit(500.0);

    return 0;
}

1.3 实现成员⽅法

在类中定义成员方法，适用于代码量较少的程序，

在类外面定义成员方法，适用于代码量较大的程序，

代码：

编译器无法区分 set_name 函数是类内的函数还是其他函数，所以在 set_name 前面添加类名::，表示这是类的成员函数，

#include 
#include 
#include 

using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    string name {"None"};
    double balance {0.0};

public:
    // 方法

    // 设置余额
    void set_balance(double amount){balance = amount;};
    // 获取余额
    double get_balance(){return balance;};

    // 设置名称
    void set_name(string name);
    // 获取名称
    string get_name();

    // 存款
    bool deposit(double amount);
    // 取款
    bool withdraw(double amount);
};

void Account::set_name(string name){
    this->name = name; // this指针指向当前对象
}
string Account::get_name(){
    return name;
}
bool Account::deposit(double amount){
    balance += amount;
    cout << name << "刚存入" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;
    return true;
}
bool Account::withdraw(double amount){
    if (balance >= amount){
        balance -= amount;
        cout << name << "刚取出" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;
        return true;
    } else {
        cout << name << "余额不足，取款失败" << endl;
        return false;
    }
}



int main()
{
    Account alice_account;
    alice_account.set_name("Alice's account"); // 设置名称
    alice_account.set_balance(1000.0); // 设置余额

    cout << alice_account.get_name() << "的余额为" << alice_account.get_balance() << "元" << endl;

    alice_account.deposit(200.0);
    alice_account.withdraw(500.0);
    alice_account.withdraw(1500.0);

    return 0;
}

上面的代码看着比较繁杂，我们可以用头文件和源文件编写。
为了防止头文件被多次导入造成一些冲突，一般添加如下语句，关于头文件被多次导入造成一些冲突可参考这个链接：CSDN链接，例如创建 Account.h 头文件：

#ifndef ACCOUNT_H
#define ACCOUNT_H
#endif // ACCOUNT_H

整个 Account.h 头文件代码如下，一般不在头文件写 using namespace std;，一般显示地使用 std:string，

#ifndef ACCOUNT_H
#define ACCOUNT_H
#include 

class Account
{
private:
    // 属性
    std::string name {"None"};
    double balance {0.0};

public:
    // 方法

    // 设置余额
    void set_balance(double amount){balance = amount;};
    // 获取余额
    double get_balance(){return balance;};

    // 设置名称
    void set_name(std::string name);
    // 获取名称
    std::string get_name();

    // 存款
    bool deposit(double amount);
    // 取款
    bool withdraw(double amount);
};

#endif // ACCOUNT_H

然后再根据头文件编写类的成员方法的定义，因为在源文件引入了头文件#include "Account.h"，所以不需要再写 #include ，这里也是显示地引入 std::cout，std::endl，

#include "Account.h"
#include 

void Account::set_name(std::string name){
    this->name = name; // this指针指向当前对象
}
std::string Account::get_name(){
    return name;
}
bool Account::deposit(double amount){
    balance += amount;
    std::cout << name << "刚存入" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << std::endl;
    return true;
}
bool Account::withdraw(double amount){
    if (balance >= amount){
        balance -= amount;
        std::cout << name << "刚取出" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << std::endl;
        return true;
    } else {
        std::cout << name << "余额不足，取款失败" << std::endl;
        return false;
    }
}

最后是程序的 main.cpp 文件，直接编译 main.cpp 即可，

#include 
#include 
#include 
#include "Account.h" // 引入头文件

using namespace std;


int main()
{
    Account alice_account;
    alice_account.set_name("Alice's account"); // 设置名称
    alice_account.set_balance(1000.0); // 设置余额

    cout << alice_account.get_name() << "的余额为" << alice_account.get_balance() << "元" << endl;

    alice_account.deposit(200.0);
    alice_account.withdraw(500.0);
    alice_account.withdraw(1500.0);

    return 0;
}

1.4 构造函数（constructor）和 析构函数（destructor）

1.4.1 构造函数（constructor）

• 特殊的成员⽅法
• 对象创建的时候⾃动调⽤
• 适⽤于实例参数初始化
• 函数名和类的名称⼀致
• ⽆需设置返回类型
• 可以被重载（overload）

1.4.2 析构函数（destructor）

• 特殊的成员⽅法
• 函数名和类的名称⼀致，前⾯跟着⼀个~波浪符号
• 对象销毁的时候⾃动调⽤
• 没有参数，没有返回类型
• 只有⼀个析构函数（不能重载）
• 适⽤于释放内存等资源

如果不手动创建构造函数和析构函数，那么C++会自动帮助创建构造函数和析构函数，只不过都是空的，

构造函数（constructor）和析构函数（destructor）：

构造函数在栈上创建，当程序运行结束时，他们各自的析构函数会被调用，所以会调用4次析构函数，

代码：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    std::string name {"account"};
    double balance {0.0};
public:
    void setName(string name){ this->name = name; }; // 设置名称
    // 构造函数
    Account(){
        cout << "没有参数的构造函数被调用" << endl;
    };
    Account(std::string name){
        cout << "带string name参数的构造函数被调用" << endl;
    };
    Account(double balance){ 
        cout << "带double balance参数的构造函数被调用" << endl;
    };
    Account(string name, double balance){ 
        cout << "带string name和double balance参数的构造函数被调用" << endl;
    };
    // 析构函数
    ~Account(){ 
        cout << name << " 的析构函数被调用" << endl;
    };
};


int main()
{
    // 用{}表示作用域，{}内的程序运行后会调用析构函数
    {
        Account alice_account;
        alice_account.setName("Alice's account"); // 设置名称
    }
    // 出栈：后入先出
    {
        Account jobs_account;
        jobs_account.setName("Jobs's account"); 

        Account bill_account("Bill's account");
        bill_account.setName("Bill's account"); 

        Account steve_account(1000.0);
        steve_account.setName("Steve's account"); 
    }

    Account *mark_account = new Account("Mark's account", 1000.0);
    mark_account->setName("Mark's account");
    delete mark_account;

    return 0;
}

输出：

没有参数的构造函数被调用
Alice's account 的析构函数被调用
没有参数的构造函数被调用
带string name参数的构造函数被调用
带double balance参数的构造函数被调用
Steve's account 的析构函数被调用
Bill's account 的析构函数被调用
Jobs's account 的析构函数被调用
带string name和double balance参数的构造函数被调用
Mark's account 的析构函数被调用

构造函数初始化列表：

:name {name} 中，冒号后面的 name 类成员属性的 name，{} 里面的 name 是函数的形参 name，

代码1：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    std::string name {"account"};
    double balance {0.0};
public:
    // 打印信息
    void printInfo();
    // 构造函数，初始化参数
    Account(string name, double balance);
   
};

void Account::printInfo(){
    cout << "name: " << name << ", balance: " << balance << endl;
}
// 构造函数内部初始化参数
Account::Account(string name, double balance){
    this->name = name;
    this->balance = balance;
}

int main()
{

    Account *mark_account = new Account("Mark's account", 1000.0);
    mark_account->printInfo(); // 打印信息
    delete mark_account;

    return 0;
}

输出：

name: Mark's account, balance: 1000

代码2：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    std::string name {"account"};
    double balance {0.0};
public:
    // 打印信息
    void printInfo();
    // 构造函数，初始化参数
    Account();
    Account(string name);
    Account(string name, double balance);
   
};

void Account::printInfo(){
    cout << "name: " << name << ", balance: " << balance << endl;
}

// 构造函数内部初始化参数
// Account::Account(){
//     name = "None";
//     balance = 0.0;
// }
// Account ::Account(string name){
//     this->name = name;
//     balance = 0.0;
// }
// Account::Account(string name, double balance){
//     this->name = name;
//     this->balance = balance;
// }

// 构造函数初始化列表
Account::Account()
    :name{"none"}, balance{0.0}{
        
    }
Account::Account(string name)
    :name{name}, balance{0.0}{
        
    }

Account::Account(string name, double balance)
    :name{name}, balance{balance}{
        
    }

int main()
{
    Account alice_account;
    alice_account.printInfo(); // 打印信息

    Account jobs_account {"Jobs's account"};
    jobs_account.printInfo(); 

    Account bill_account {"Bill's account", 1000.0};
    bill_account.printInfo(); 

    return 0;
}

输出：

name: none, balance: 0
name: Jobs's account, balance: 0
name: Bill's account, balance: 1000

1.5 代理构造函数（delegating constructor）

• 重载的构造函数很相似
• 冗余的代码可能会导致错误
• C++ 允许使⽤代理构造函数
------>• 在⼀个构造函数初始化列表中调⽤另⼀个构造函数

代码： 建议使用 debug 查看程序运行过程

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    std::string name {"account"};
    double balance {0.0};
public:
    // 打印信息
    void printInfo();
    // 构造函数，初始化参数
    Account();
    Account(string name);
    Account(string name, double balance);
   
};

void Account::printInfo(){
    cout << "name: " << name << ", balance: " << balance << endl;
}

// 构造函数初始化列表
Account::Account()
    :Account {"none",0}{
        
    }
Account::Account(string name)
    :Account {name, 0}{
        
    }

Account::Account(string name, double balance)
    :name{name}, balance{balance}{
        
    }

int main()
{
    Account alice_account;
    alice_account.printInfo(); // 打印信息

    Account jobs_account {"Jobs's account"};
    jobs_account.printInfo(); 

    Account bill_account {"Bill's account", 1000.0};
    bill_account.printInfo(); 

    return 0;
}

输出：

name: none, balance: 0
name: Jobs's account, balance: 0
name: Bill's account, balance: 1000

1.6 拷⻉构造函数（copy constructor）

• 当对象被拷⻉时，C++必须从已存在的对象复制出⼀个新的对象
• 何时使⽤拷⻉构造函数？
------->• 以值传递⽅式传递对象给函数（作参数）
------->• 函数以值⽅式返回对象
------->• 使⽤已存在的对象复制新的对象
• 如果不提供⾃⼰写的copy constructor，编译器会⾃动⽣成⼀个（可能不符合要求），如果是指针，拷贝的是地址，所以编译器自动生成的拷贝构造函数是浅拷贝，

A、拷⻉构造函数——值传递

B、拷⻉构造函数——以值⽅式返回

以值⽅式返回拷⻉构造函数返回的 an_account 副本

C、拷⻉构造函数——使⽤已存在的对象复制新的对象

D、拷⻉构造函数的声明

首先拷⻉构造函数也是构造函数，所以函数的名称和类的名称一样，函数的参数列表是使用引用的方式传递的，

代码：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    string name {"account"};
    double balance {0.0};
public:
    string getName() {return name;} // 获取name
    double getBalance() {return balance;} // 获取balance
    // 构造函数
    Account(string name = "none", double balance = 0.0);
    // 析构函数
    ~Account();
    // 拷贝构造函数
    Account(const Account &source);
};

Account::Account(string name, double balance)
    :name {name}, balance {balance}
    {
        cout << "2个参数的构造函数被调用，name：" << name << endl;
    }

Account::~Account()
{
    cout << "析构函数被调用，name：" << name << endl;
}

// 拷贝构造函数：根据已存在对象的属性来更新新对象的属性（name,balance）
Account::Account(const Account &source)
    :name {source.name}, balance {source.balance} // 初始化列表
    {
        cout << "拷贝构造函数被调用，是" << source.name << "的拷贝" << endl;
    }
// 打印账户信息
void printAccountInfo(Account acc)
{
    cout << acc.getName() << "的余额是：" << acc.getBalance() << endl;
}
int main()
{
    // 1.值传递的方式给函数传递参数
    // Account alice_account;
    // printAccountInfo(alice_account);
    
    // 2.基于已存在的对象创建新的对象
    Account alice_account {"Alice's account", 1000.0};
    Account new_account {alice_account}; // 拷贝构造函数被调用
    return 0;
}

输出：

2个参数的构造函数被调用，name：Alice's account
拷贝构造函数被调用，是Alice's account的拷贝
析构函数被调用，name：Alice's account
析构函数被调用，name：Alice's account

1.7 浅拷贝（shallow copy）和深拷贝（deep copy）

• 如果不提供⾃⼰写的copy constructor，编译器会⽣成默认的
------>• 将⽬标对象的值逐个拷⻉过来；
------>• 如果是指针，拷⻉的是值（指向的地址），⽽不是指向的对象，称为浅拷贝
------>• 在析构函数中释放内存时，其他对象中的指针可能还在指向被释放的资源，在析构函数释放内存资源时可能会报错，例如下面的代码，如果使用编译器默认的拷贝构造函数，在进行析构函数释放内存资源时可能会报错

代码：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    string name {"account"};
    double *balance {nullptr};
public:
    double get_balance() {return *balance;}; // 获取余额
    string get_name() {return name;}; // 获取名字

    // 构造函数
    Account(string name = "none", double balance = 0.0); // 有默认参数的构造函数
    // 拷贝构造函数
    Account(const Account &source);
    // 析构函数
    ~Account();

    
};
Account::Account(string name, double balance)
    {
        this->name = name;
        this->balance = new double {balance}; // 堆上分配内存
        cout << "2个参数的构造函数被调用，name: " << name << endl;
    }
// 拷贝构造函数    
Account::Account(const Account &source)
    :Account {source.name, *source.balance} // 代理构造函数
    {
        cout << "拷贝构造函数被调用，是" << source.name << "的拷贝" << endl;
    } 
    
Account::~Account(){
    if (balance != nullptr)
        delete balance; // 释放内存
    cout << "析构函数被调用，name: " << name << endl;
}

int main()
{
    // 演示浅拷贝和深拷贝
    Account alice_account {"Alice", 1000.0};
    Account new_account {alice_account}; // 拷贝构造函数被调用
    // cout << new_account.get_balance() << endl; // 1000.0
    return 0;
}

如果使用编译器默认的拷贝构造函数，在进行 alice_account 析构函数释放内存时会报错，如下图，如果使用自己写的拷贝构造函数就不会报错，

1.7.1 浅拷⻉（shallow copy）

如下图，alice_account 浅拷贝到 new_account，编译器会默认创建一个拷贝构造函数，它是逐个元素按值拷贝的，如果是指针，则是拷贝的地址。当调用析构函数的时候，由于后进先出的原则，new_account 上的地址被释放后，alice_account 的地址也会被释放，但地址已经被释放，所以会造成堆空间重复释放的问题，导致程序报错，

编译器默认生成的拷贝构造函数如下：

1.7.2 深拷⻉（deep copy）

在函数内部，在堆上分配一个新的 double 类型的内存空间，初始化为1000，并且把新的内存空间给1000，

代码：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    string name {"account"};
    double *balance {nullptr};
public:
    double get_balance() {return *balance;}; // 获取余额
    string get_name() {return name;}; // 获取名字

    // 构造函数
    Account(string name = "none", double balance = 0.0); // 有默认参数的构造函数
    // 拷贝构造函数
    Account(const Account &source);
    // 析构函数
    ~Account();

    
};
Account::Account(string name, double balance)
    {
        this->name = name;
        this->balance = new double {balance}; // 堆上分配内存
        cout << "2个参数的构造函数被调用，name: " << name << endl;
    }
// 拷贝构造函数    
Account::Account(const Account &source)
    :Account {source.name, *source.balance} // 代理构造函数
    {
        cout << "拷贝构造函数被调用，是" << source.name << "的拷贝" << endl;
    } 
    
Account::~Account(){
    if (balance != nullptr)
        delete balance; // 释放内存
    cout << "析构函数被调用，name: " << name << endl;
}

int main()
{
    // 演示浅拷贝和深拷贝
    Account alice_account {"Alice", 1000.0};
    Account new_account {alice_account}; // 拷贝构造函数被调用
    // cout << new_account.get_balance() << endl; // 1000.0
    return 0;
}

1.8 在类中使⽤const

• 常函数
------->• 函数名称后加const
------->• 函数体内不可以修改类成员属性
• 常对象
------->• 声明对象时前⾯加const
------->• 不可以修改常对象的成员属性
------->• 不能调用普通的成员方法，只能调⽤常函数

代码：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;


class Account
{
private:
    
    double balance {0.0};

public:
    string name {"account"};

    void set_new_name(string new_name) const{ // 修改名字
        // name = new_name;
    }
    string get_name() const{ // 获取名字
        return name;
    }
    // 构造函数
    Account(string name = "none", double balance = 0.0);
    ~Account();
};

Account::Account(string name, double balance)
    : balance{balance} ,name{name}{
        cout << "构造函数" << endl;
}

Account::~Account()
{
    cout << "析构函数" << endl;
}


int main()
{
    // 常函数
    // Account alice_account {"Alice", 1000.0};
    // alice_account.set_new_name("Alice2"); // 修改名字
    // cout << alice_account.get_name() << endl; // Alice2

    // 常对象
    const Account bob_account {"Bob", 2000.0};
    // bob_account.name = "Bob2"; // 修改名字
    cout << bob_account.get_name() << endl; // Bob2
    
    return 0;
}

1.9 在类中使⽤static

• 静态成员变量
------->• 所有对象共有同⼀份数据（数据共享）
------->• 在类中声明，类外初始化
• 静态成员函数
------->• 所有对象共享同⼀个函数
------->• 只能访问静态成员变量

代码：

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

class Account
{
private:
    // 属性
    string name {"account"};
    double balance {0.0};
    static int num_accounts;
public:
    static int get_num_accounts();
    Account(string name, double balance);
    ~Account();
};

int Account::num_accounts {0};

Account::Account(string name, double balance)
    :name{name}, balance{balance}{
        num_accounts++;
    }

Account::~Account()
{
    num_accounts--;
}

int Account::get_num_accounts() // 不需要使用static关键字
{
    // 静态成员方法只能访问静态成员变量
    // name = "test";
    return num_accounts;
}
int main()
{
    cout << Account::get_num_accounts() << endl;
    Account alice_account {"Alice's account", 1000.0};
    cout << alice_account.get_num_accounts() << endl;
    Account bob_account {"Bob's account", 2000.0};
    cout << Account::get_num_accounts() << endl;
    
    {
        Account test_account {"test", 100.0};
        cout << Account::get_num_accounts() << endl;
    }
    cout << Account::get_num_accounts() << endl;
    return 0;
}

1.10 struct 和 class区别

区别在于 class 成员权限默认是 private，而 struct 的成员权限默认是 public，