C++基础——类与对象
1 概述
C++是面向对象的语言，面向对象语言三大特性：封装、继承、多态。
C++将万事万物抽象为对象，对象上有其属性和行为。
2 封装
2.1 封装的意义
封装是面向对象的三大特性之一，封装将属性和行为作为一个整体，对属性和行为加以权限控制。
创建类语法：
class 类名 {
访问权限:
属性;
行为;
};
示例：
class Student {
private:
string m_name;
int m_age;
public:
Student(string name, int age) {
m_name = name;
m_age = age;
}
string getName() {
return m_name;
}
};
上面除了定义属性和行为，也定义了权限访问控制符
C++包含三种访问控制符：
- public 可被类中函数、子类函数、友元函数和类对象访问
- protected 可被类中函数、子类函数、友元函数访问
- private 可被类中函数和友元函数访问
2.2 struct和class区别
二者的区别在于默认的访问权限不同，struct默认访问权限为public，class默认访问权限为private
#include 2.3 成员属性设置为私有
通常，将成员属性设置为私有，并提供设置和获取的方法。
这样的好处是可以控制成员属性的访问权限，对于写权限，能够检测数据的有效性。
class Test {
public:
//num1提供读写接口
void setNum1(int num1) {
m_num1 = num1;
}
int getNum1() {
return m_num1;
}
//num2只提供读接口
int getNum2() {
return m_num2;
}
//num3只提供写接口，并判定数据范围
void setNum3(int num3) {
if (num3 > 0) {
m_num3 = num3;
} else {
m_num3 = 0;
}
}
private:
int m_num1;
int m_num2;
int m_num3;
};
封装的思想通常会将属性设置为私有，暴露必要的修改行为给外部。
3 对象创建和清理
3.1 构造函数和析构函数
一个类具有最基础的两个函数是构造函数和析构函数，即使程序员未添加这两个函数，编译器也会生成一个默认的版本。
其中构造函数用于为类创建一个对象，并进行一些初始化的工作。
析构函数与构造函数相反，是为了清理一个对象，并释放资源。
构造函数和析构函数都是由编译器自动调用。
class Test {
private:
int m_num;
public:
Test();
Test(int num) {
m_num = num;
}
~Test();
};
构造函数可以重载，而析构函数只能有一个。构造函数可以通过传入不同的参数来重载，而析构函数没有参数。
当未定义构造函数和析构函数时，编译器会自动生成以下两个实现：
Test(){}
~Test(){}
默认会生成两个空实现。
而如果提供了有参构造函数，则编译器不会提供默认的空参构造函数，如果有此使用场景，则需要自己再提供一个空参构造函数。
3.2 构造函数分类及调用方式
构造函数有两种分类方式：
按参数分为：有参构造和无参构造
按类型分类：普通构造和拷贝构造
三种调用方式：
括号法
显示法
隐藏转换法
#include 输出：
无参构造函数
无参构造函数
拷贝构造函数
析构函数
析构函数
析构函数
有参构造函数
有参构造函数
拷贝构造函数
无参构造函数
析构函数
有参构造函数
析构函数
有参构造函数
拷贝构造函数
析构函数
析构函数
析构函数
析构函数
析构函数
比较需要注意的是隐藏转换法
3.3 拷贝构造函数的调用时机
调用拷贝构造函数有三种情况：
- 使用一个已有的对象去初始化另一个对象
- 值传递的方式给对象类型参数传值
- 以值的方式返回局部对象
#include 输出：
有参构造函数
拷贝构造函数
拷贝构造函数
拷贝构造函数
无参构造函数
析构函数
析构函数
析构函数
析构函数
析构函数
无参构造函数
拷贝构造函数
析构函数
析构函数
无参构造函数
析构函数
最后返回局部对象与预想中有差异是因为编译器优化，感兴趣可以搜索RVO了解。
由于返回值和值传递传对象都会导致对象复制，对象大小会随着属性的增加而增加，所以一般对象作为参数的时候，都是使用引用或者指针进行传参或返回。
3.4 构造函数调用规则
默认情况下，C++编译器会至少给一个类添加3个函数：
- 默认构造函数（无参构造函数，实现为空）
- 默认析构函数（空实现析构函数）
- 默认拷贝构造函数（对定义的属性进行拷贝）
构造函数生成规则如下：
- 如果用户定义有参构造函数，则编译器不会提供默认无参构造函数，但还是会提供默认拷贝构造函数
- 如果用户定义拷贝构造函数，则编译器不会提供默认无参构造函数
1、使用编译器默认函数
class Person {
public:
int m_age;
};
int main() {
Person p1;
p1.m_age = 10;
Person p2 = p1;
cout << "p2.m_age = " << p2.m_age << endl;
}
这里调用了默认无参构造和拷贝构造函数。析构函数由于没有实现所以无法体现。
2、提供有参构造的情况
class Person {
public:
//无参构造函数
//Person() {
// cout << "无参构造函数" << endl;
//}
//有参构造函数
Person(int age) {
cout << "有参构造函数" << endl;
m_age = age;
}
//拷贝构造函数
Person(const Person &person) {
cout << "拷贝构造函数" << endl;
m_age = person.m_age;
}
~Person() {
cout << "析构函数" << endl;
}
public:
int m_age;
};
没有匹配的构造函数调用，编译器不提供默认构造函数。
3、提供拷贝构造函数
class Person {
public:
//拷贝构造函数
Person(const Person &person) {
cout << "拷贝构造函数" << endl;
m_age = person.m_age;
}
~Person() {
cout << "析构函数" << endl;
}
public:
int m_age;
};
提供了拷贝构造函数后，不会提供默认无参构造函数。
3.5 深拷贝和浅拷贝
浅拷贝：简单的赋值拷贝，指向同一个内存区域
深拷贝：在堆中重新申请空间，进行拷贝
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 age ,int height) {
cout << "有参构造函数!" << endl;
m_age = age;
m_height = new int(height);
}
//拷贝构造函数
Person(const Person& p) {
cout << "拷贝构造函数!" << endl;
//如果不利用深拷贝在堆区创建新内存，会导致浅拷贝带来的重复释放堆区问题
m_age = p.m_age;
m_height = new int(*p.m_height);
}
//析构函数
~Person() {
cout << "析构函数!" << endl;
if (m_height != NULL)
{
delete m_height;
}
}
public:
int m_age;
int* m_height;
};
void test01()
{
Person p1(18, 180);
Person p2(p1);
cout << "p1的年龄： " << p1.m_age << " 身高： " << *p1.m_height << endl;
cout << "p2的年龄： " << p2.m_age << " 身高： " << *p2.m_height << endl;
}
int main() {
test01();
return 0;
}
由于类中的属性是在堆上分配的，如果使用浅拷贝，会导致两个对象的m_height都指向了同一个堆内存区域，而当一个对象析构之后，会释放该内存区域，而另一个对象还在使用该内存区域，会导致不确定的结果。而第二个对象析构时，则会导致重复释放堆区，会导致程序终止。所以如果有堆上分配内存的属性，需要使用深拷贝，重新申请堆内存区域进行赋值。
示例如下：
void test1() {
Person p1(18, 180);
{
Person p2(p1);
cout << "p2.height = " << *p2.m_height << endl;
}
cout << "p1.height = " << *p1.m_height << endl;
}
int main() {
test1();
}
输出：
有参构造函数
p2.height = 180
析构函数
p1.height = 887973408
析构函数
Process finished with exit code -1073740940 (0xC0000374)
上面是注释了深拷贝的结果，p2正常访问，然后p2被析构，此时p1的m_height指向的内存实际已经释放，所以访问该内存会导致不确定的结果，然后p1会重复释放m_height指向的内存，导致程序出错终止。
3.6 初始化列表
C++提供了一种初始化列表的语法来初始化属性
class Person {
public:
传统方式初始化
//Person(int a, int b, int c) {
// m_A = a;
// m_B = b;
// m_C = c;
//}
//初始化列表方式初始化
Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}
void PrintPerson() {
cout << "mA:" << m_A << endl;
cout << "mB:" << m_B << endl;
cout << "mC:" << m_C << endl;
}
private:
int m_A;
int m_B;
int m_C;
};
int main() {
Person p(1, 2, 3);
p.PrintPerson();
return 0;
}
初始化列表的语法可以省略原始构造函数中的一些模版代码。
3.7 类对象作为类成员
class Phone
{
public:
Phone(string name)
{
m_PhoneName = name;
cout << "Phone构造" << endl;
}
~Phone()
{
cout << "Phone析构" << endl;
}
string m_PhoneName;
};
class Person
{
public:
//初始化列表可以告诉编译器调用哪一个构造函数
Person(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName)
{
cout << "Person构造" << endl;
}
~Person()
{
cout << "Person析构" << endl;
}
void playGame()
{
cout << m_Name << " 使用" << m_Phone.m_PhoneName << " 牌手机! " << endl;
}
string m_Name;
Phone m_Phone;
};
void test01()
{
//当类中成员是其他类对象时，我们称该成员为 对象成员
//构造的顺序是 ：先调用对象成员的构造，再调用本类构造
//析构顺序与构造相反
Person p("张三" , "苹果X");
p.playGame();
}
int main() {
test01();
}
先调用对象成员的构造函数，然后调用本类的构造函数。析构的时候正好与构造的时候顺序相反。
3.8 静态成员
静态成员就是在成员变量或者成员函数前加上static关键字
- 静态成员变量
- 所有对象共享同一份数据
- 在编译阶段分配内存
- 类内声明，类外初始化
- 静态成员函数
- 所有对象共享同一个函数
- 静态成员函数只能访问静态成员变量
1、静态成员变量
class Person
{
public:
static int m_A; //静态成员变量
private:
static int m_B; //静态成员变量也是有访问权限的
};
//类外初始化
int Person::m_A = 10;
int Person::m_B = 10;
void test01()
{
//静态成员变量两种访问方式
//1、通过对象
Person p1;
p1.m_A = 100;
cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl;
Person p2;
p2.m_A = 200;
cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl; //共享同一份数据
cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;
//2、通过类名
cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;
//cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; //私有权限访问不到
}
int main() {
test01();
}
静态成员变量也有访问权限，与非静态成员变量的访问权限一样。静态成员变量可以通过对象和类名访问。
class Person
{
public:
static void func()
{
cout << "func调用" << endl;
m_A = 100;
//m_B = 100; //错误，不可以访问非静态成员变量
}
static int m_A; //静态成员变量
int m_B; //
private:
//静态成员函数也是有访问权限的
static void func2()
{
cout << "func2调用" << endl;
}
};
int Person::m_A = 10;
void test01()
{
//静态成员变量两种访问方式
//1、通过对象
Person p1;
p1.func();
//2、通过类名
Person::func();
//Person::func2(); //私有权限访问不到
}
int main() {
test01();
}
静态成员函数只能访问静态成员变量，也只能直接调用静态成员函数，可以在其中创建对象来调用非静态成员函数，因为非静态成员函数属于对象。静态成员函数也可以通过对象和类名两种方式调用。