C++核心编程——类和对象（二）

本专栏记录C++学习过程包括C++基础以及数据结构和算法，其中第一部分计划时间一个月，主要跟着黑马视频教程，学习路线如下，不定时更新，欢迎关注。
当前章节处于：
---------第1阶段-C++基础入门
---------第2阶段实战-通讯录管理系统，
=====>第3阶段-C++核心编程，
---------第4阶段实战-基于多态的企业职工系统
---------第5阶段-C++提高编程
---------第6阶段实战-基于STL泛化编程的演讲比赛
---------第7阶段-C++实战项目机房预约管理系统

一、友元

在程序里，有些私有属性也想让类外特殊的有些函数或者类进行访问，就需要用到友元的技术，目的是让一个函数或者类访问另一个类中私有成员。关键词为friend,友元的是三种实现：

• 全局函数做友元
• 类做友元
• 成员函数做友元

1.1 全局函数做友元

#include 
using namespace std;

class Person {
	friend void test();  // 申明友元
public:
	Person() {
		name = "张三";
		gender = "男";
	}
	string name;

private:
	string gender; // 私有属性
};

void test() {
	Person p;
	cout << "姓名：" << p.name << endl;
	cout << "性别：" << p.gender << endl;
}
// 定义友元函数
int main() {
	test();
	system("pause");
	return 0;

}

姓名：张三
性别：男
请按任意键继续. . .

1.2 类做友元

#include 
using namespace std;
class Student {
	friend class Teacher; // 类做友元
public:
	Student() {
		name = "张三";
		score = 100;
	}
	string name;
private:
	int score;
};
class Teacher {
public:
	void test(Student stu) {
		cout << "学生姓名：" << stu.name << endl;
		cout << "学生分数：" << stu.score << endl;
	}
};

int main() {
	Student stu;
	Teacher teacher;

	teacher.test(stu);
	system("pause");
	return 0;

}

学生姓名：张三
学生分数：100
请按任意键继续. . .

1.3 全局函数做友元

#include 
using namespace std;
class Student;
class Teacher;
class Teacher {
public:
	Teacher();
public:
	void test();
	void test2();
	Student* stu;
};


class Student {
	friend void Teacher::test(); // 成员函数做友元
public:
	Student();
public:
	string name;
private:
	int score;
};
Student::Student() {
	name = "张三";
	score = 100;
} // 写在Teacher构造函数之前

Teacher::Teacher() {
	stu = new Student;
}
void Teacher::test() {
	cout << "学生姓名：" << stu->name << endl;
	cout << "学生分数：" << stu->score << endl;
}
void Teacher::test2() {
	cout << "学生姓名：" << stu->name << endl;
	//cout << "学生分数：" << stu->score << endl;
}

int main() {
	Teacher teacher;
	teacher.test();
	system("pause");
	return 0;

}

学生姓名：张三
学生分数：100
请按任意键继续. . .

二、运算符重载

对已有的运算符进行重新定义，赋予其另一种功能，以适应不同的数据类型。需要重载的运算符为operator+

• 对于内置的数据类型的表达式的运算符是不可能改变的
• 不要滥用运算符重载

2.1 加号运算符重载

#include 
using namespace std;
class Person {
public:
	int m_A = 0;
	int m_B = 0;
	Person() {

	}
	Person(int a,int b) {
		m_A = a;
		m_B = b;
	}
	// 成员函数加号运算符重载
	Person operator+(const Person& p2) { // 用引用节省内存
		Person temp;
		temp.m_A = this->m_A + p2.m_A;
		temp.m_B = this->m_B + p2.m_B;
		return temp;
	}
};
// 全局函数加号运算符重载
//Person operator+(const Person &p1,const Person &p2) { // 用引用节省内存
//	Person temp;
//	temp.m_A = p1.m_A + p2.m_A;
//	temp.m_B = p1.m_B + p2.m_B;
//	return temp;
//}


int main() {
	Person p1(1, 2);
	Person p2(3, 4);
	Person p3 = p1 + p2;
	cout << "p3.m_A=" << p3.m_A << "  p3.m_B=" << p3.m_B << endl;
	system("pause");
	return 0;

}

p3.m_A=4  p3.m_B=6
请按任意键继续. . .

在这里插入代码片

2.2 左移运算符重载

#include 
using namespace std;
class Person {
	friend ostream& operator<<(ostream& cout,const Person& p);
public:
	Person(int a,int b) {
		m_A = a;
		m_B = b;
	}
private:
	int m_A;
	int m_B;
};

// 重载左移运算符
ostream& operator<<(ostream &cout,const Person &p) {
	cout << "p.m_A=" << p.m_A << "  p.m_B=" << p.m_B;
	return cout;
}
int main() {
	Person p(10, 20);
	cout << p << endl;
	system("pause");
	return 0;

}

p.m_A=10  p.m_B=20
请按任意键继续. . .

2.3 递增运算符重载

#include 
using namespace std;

class MyInt {
	friend ostream& operator<<(ostream& cout, const MyInt& p);
public:
	MyInt(){}
	MyInt(int a) {
		num = a;
	}
	// 重载++前置运算
	MyInt& operator++() {
		num++;
		return *this;
	}
	// 重载++后置运算
	MyInt operator++(int) { // int 占位符表示后置++
		MyInt temp = *this; // 存储当前num
		num++;
		return temp; // 返回局部变量，只能以值的方式返回
	}
private:
	int num;
};
ostream& operator<<(ostream& cout, const MyInt& p) {
	cout << "num=" << p.num;
	return cout;
}
// 测试前置++
void test1() {
	MyInt a(10);
	cout << ++a << endl;
	cout << a << endl;

}
// 测试后置++
void test2() {
	MyInt a(10);
	cout << a++ << endl;
	cout << a << endl;

}
int main() {
	cout << "测试前置++:" << endl;
	test1();
	cout << "测试后置++:" << endl;
	test2();
	system("pause");
	return 0;

}

测试前置++:
num=11
num=11
测试后置++:
num=10
num=11
请按任意键继续. . .

2.4 赋值运算符重载

#include 
using namespace std;
class Person {
	friend void test();
public:
	Person(){}
	Person(int a) {
		age = new int(a); // 在堆区存放a
	}
	// 析构函数
	~Person() {
		if (age != NULL) {
			delete age;
			age = NULL;
		}
	}
	// 重构赋值运算符
	Person& operator=(Person &p) {
		age = new int(*p.age);
		return *this;
	}
private:
	int *age;
};



void test() {
	Person p1(10);
	Person p2(20);
	p1 = p2; //不报错，深拷贝重新申请一片地址
	cout << "p1=" << *p1.age << endl;
}



int main() {
	test();
	system("pause");
	return 0;

}

p1=20
请按任意键继续. . .

2.5 关系运算符重载

重载关系运算符，可以让两个自定义类型对象进行对比操作

#include 
using namespace std;
class Person {
public:
	string name;
	int age;
	Person(string n,int a) {
		name = n;
		age = a;
	}
	bool operator==(Person p) {
		if ((name == p.name) && (age == p.age)) {
			return true;
		}
		else {
			return false;
		}
	}
};

void test() {
	Person p1("A", 12);
	Person p2("A", 12);
	if (p1 == p2) {
		cout << "p1和p2相等！" << endl;
	}
	else {
		cout << "p1和p2不相等" << endl;
	}
}

int main() {
	test();
	system("pause");
	return 0;

}

p1和p2相等！
请按任意键继续. . .

2.6 函数调用运算符重载

• 函数调用运算符()也可以重载
• 由于重载后使用的方式非常像函数的调用，因此称为仿函数
• 仿函数没有固定写法，非常灵活

#include 
using namespace std;

class MyPrint {
public:
	// 重载函数调用运算符
	void operator()(string test) {
		cout << test << endl;
	}
};
int main() {
	MyPrint myprint;
	myprint("Hello World");
	system("pause");
	return 0;

}

Hello World
请按任意键继续. . .

三、继承

3.1 继承概述

继承的好处：可以减少重复的代码。
语法：class 子类 ：继承方式 父类
子类也称为派生类，父类也称为基类。
子类中的成员，包括两大部分：一类是从基类继承过来的（表现共性），一类是自己增加的成员（体现个形）

#include 
using namespace std;
class Animal {
public:
	void eat() {
		cout << "吃东西！" << endl;
	}
	void play() {
		cout << "出去玩！" << endl;
	}
};
class Cat :public Animal {  // 继承父类
public:
	void drink() {
		cout << "小猫喝水！" << endl;
	}
};
int main() {
	Cat cat;
	cat.eat();
	cat.play();
	cat.drink();
	system("pause");
	return 0;

}

吃东西！
出去玩！
小猫喝水！
请按任意键继续. . .

3.2 继承方式

继承方式包括三种：

• 公共继承
• 保护继承
• 私有继承

继承关系如下：

#include 
using namespace std;
// 父类
class Base1 {
public :
	int a;
protected:
	int b;
private:
	int c;
};
// 子类 继承方式为public
class Son1 : public Base1 {
public:
	void func() {
		a = 100;
		b = 100;
		//c = 100;// 报错，父类private不可访问
	}
};
// 继承方式为protected
class Son2 : protected Base1 {
public:
	void func() {
		a = 100;
		b = 100;
		//c = 100;// 报错，父类private不可访问
	}
};
// 继承方式为private
class Son3 : private Base1 {
public:
	void func() {
		a = 100;
		b = 100;
		//c = 100;// 报错，父类private不可访问
	}
};
int main() {
	Son2 s2;
	//s2.a = 100; // 报错
	//s2.b = 100; // 报错，子类继承为protected,类外不可访问
	Son3 s3;
	//s3.a = 100; // 报错
    //s3.b = 100; // 报错，子类继承为private,类外不可访问
	system("pause");
	return 0;

}

3.3 继承中的对象模型

从父类继承过来的成员，哪些属于子类对象中？

#include 
using namespace std;

class Base1 {
public:
	int a;
protected:
	int b;
private:
	int c;
};
// 子类 继承方式为public
class Son1 : public Base1 {
public:
	int s;
	
};
int main() {
	Son1 s1;
	cout << "sizeof s1=" << sizeof(s1) << endl;   // 16 继承了父类中的所有非静态成员属性，但是private被编译器隐藏无法访问
	system("pause");
	return 0;

}

sizeof s1=16
请按任意键继续. . .

3.4 继承构造和析构顺序

#include 
using namespace std;

class Base{
public:
	int a;
	Base() {
		cout << "Base的构造函数" << endl;
	}
	~Base() {
		cout << "Base的析构函数" << endl;
	}
protected:
	int b;
private:
	int c;
};
class Son1 : public Base {
public:
	int s;
	Son1() {
		cout << "Son1的构造函数" << endl;
	}
	~Son1() {
		cout << "Son1的析构函数" << endl;
	}
};
void test() {
	Son1 s1;
}
int main() {
	test();
	system("pause");
	return 0;

}

Base的构造函数
Son1的构造函数
Son1的析构函数
Base的析构函数
请按任意键继续. . .

现有父类构造再有子类构造，然后子类析构，最后父类析构

3.5 继承同名成员处理方式

• 访问子类同名成员，直接访问即可
• 访问父类同名成员，需要加作用域

#include 
using namespace std;

class Base {
public:
	int a;
	Base() {
		a = 100;
	}

};
class Son1 : public Base {
public:
	int a;
	Son1() {
		a = 200;
	}
};
void test() {
	Son1 s1;
	cout << "调用Son中的a：" << s1.a << endl;
	cout << "调用Base中的a：" << s1.Base::a << endl;
}
int main() {
	test();
	system("pause");
	return 0;

}

调用Son中的a：200
调用Base中的a：100
请按任意键继续. . .

成员函数也是一样，当继承了相同名称的同名函数时，编译器会将父类的同名函数隐藏，想要调用父类的同名函数需要添加作用域。

3.6 继承同名静态成员

#include 
using namespace std;

class Base {
public:
	static int a;
};

int Base::a = 100;
class Son1 : public Base {
public:
	static int a;
};
int Son1::a = 200;


void test() {
	Son1 s1;
	// 实例化调用
	cout << "调用Son中的a：" << s1.a << endl;
	cout << "调用Base中的a：" << s1.Base::a << endl;
	// 类名调用
	cout << "调用Son中的a：" << Son1::a << endl;
	cout << "调用Base中的a：" << Son1::Base::a << endl;
}
int main() {
	test();
	system("pause");
	return 0;

}

调用Son中的a：200
调用Base中的a：100
调用Son中的a：200
调用Base中的a：100
请按任意键继续. . .

静态成员函数也是同理

3.7 多继承

语法： class 子类：继承方式 父类1 ，继承方式 父类2...
多继承可能会引发父类中有同名成员出现，需要加作用域区分。
实际开发中不建议使用多继承

#include 
using namespace std;

class Base1 {
public:
	Base1() {
		a = 100;
	}
	int a;
};
class Base2 {
public:
	Base2() {
		a = 200;
	}
	int a;
};

class Son1 : public Base1,public Base2 {
public:
	int a;
	Son1() {
		a = 300;
	}
};

int main() {
	Son1 s1;
	cout << "Son1 中的a：" <<s1.a<< endl;
	cout << "Base1 中的a：" <<s1.Base1::a<< endl;
	cout << "Base2 中的a：" <<s1.Base2::a << endl;
	system("pause");
	return 0;

}

Son1 中的a：300
Base1 中的a：100
Base2 中的a：200
请按任意键继续. . .

3.8 菱形继承

菱形继承概念：

• 两个派生类继承同一个基类
• 又有某个类同时继承这两个派生类

这种继承被称为菱形继承或者钻石继承

#include 
using namespace std;
// 基类
class Animal {
public:
	int age;
};
class Sheep :virtual public Animal {  // 虚基类
};
class Tuo :virtual public Animal {
};
class SheepTuo:public Sheep,public Tuo{}; // 菱形继承

void test() {
	SheepTuo t1;
	t1.Sheep::age = 100;
	t1.Tuo::age = 200;
	cout << "t1.Sheep::age   " << t1.Sheep::age << endl; 
	cout << "t1.Tuo::age   " << t1.Tuo::age << endl;
}
int main() {
	test();
	system("pause");
	return 0;

}

t1.Sheep::age   200
t1.Tuo::age   200
请按任意键继续. . .

四、多态

4.1 多态基本概念

多态是C++面向对象三大特性之一一
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

#include 
using namespace std;

class Animal {
public:
	// 实现晚绑定
	virtual void speak() {
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
};

class Dog :public Animal {
public:
	void speak() {
		cout << "小狗在说话" << endl;
	}
};

class Cat :public Animal {
public:
	void speak() {
		cout << "小猫在说话" << endl;
	}
};
// 必须是引用
void doSpeak(Animal &animal) {
	animal.speak();
}
int main() {
	Cat cat;
	doSpeak(cat);
	Dog dog;
	doSpeak(dog);
	system("pause");
	return 0;

}

小猫在说话
小狗在说话
请按任意键继续. . .

多态需要满足条件

• 有继承关系
• 子类重写父类中的虚函数

多态的使用条件
父类指针或应用指向子类对象

实战案例

#include 
using namespace std;
class Caulater {
public:
	int num1;
	int num2;
	virtual int getresult() {
		// 空实现
		return 0;
	}
};

// 加法
class CaulaterAdd:public Caulater {
public:
	int getresult() {
		return num1 + num2;
	}
};

// 减法
class CaulaterJian :public Caulater {
public:
	int getresult() {
		return num1 - num2;
	}
};


// 乘法
class CaulaterChen :public Caulater {
public:
	int getresult() {
		return num1 * num2;
	}
};


void test(Caulater &c) {
	CaulaterAdd ad;
	ad.num1 = 10;
	ad.num2 = 10;
	cout << ad.getresult() << endl;

}
int main() {
	Caulater c;
	test(c);
	system("pause");
	return 0;

}

20
请按任意键继续. . .

4.2 纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容，因此可以将虚函数改为纯虚函数。当类中有纯虚函数，这个类也称为抽象类
抽象类特点：

• 无法实例化对象
• 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

#include 
using namespace std;
class Base {
public:
	// 纯虚函数，该类叫抽象类
	virtual void func() = 0;
};

class Son:public Base {
public:
	void func() {
		cout << "调用func函数！" << endl;
	}
};

int main() {
	//Base b;// 抽象类无法实例化对象
	Base * base = new Son;
	Son s; // 重写纯虚函数后可以实例化对象，否则子类也是抽象类不能实例化对象
	base->func();
	system("pause");
	return 0;

}

调用func函数！
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实战案例
要求：利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶。

#include 
using namespace std;


// 饮品抽象类
class Drink {
public:
	virtual void func() = 0;
};
// 咖啡子类
class Coffee :public Drink {
public:
	void func() {
		cout << "制作咖啡！" << endl;
	}
};
// 茶叶子类
class Tea :public Drink {
public:
	void func() {
		cout << "制作茶叶！" << endl;
	}
};


int main() {
	Drink* c = new Coffee;
	c->func();
	Drink* t = new Tea;
	t->func();
	system("pause");
	return 0;

}

制作咖啡！
制作茶叶！
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4.3 虚析构和纯虚析构

多态中，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码，需要将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构
虚析构和纯虚析构共性：

• 可以解决父类指针释放子类对象
• 都需要有具体的函数实现

虚析构和纯虚析构的区别
如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象

#include 
using namespace std;
class Base {
public:
	Base() {
		cout << "Base的构造函数！" << endl;
	}
	// 虚析构函数
	//virtual ~Base() {
	//	cout << "Base的析构函数" << endl;
	//	if (name != NULL) {
	//		delete name;
	//		name = NULL;
	//	}
	//}
	// 纯虚析构函数
	virtual ~Base() = 0;
	string* name;
};
Base::~Base(){
	cout << "Base的纯虚析构函数" << endl;
	if (name != NULL) {
		delete name;
		name = NULL;
	}
}
class Son :public Base {
public:
	Son(){
		cout << "Son的构造函数！" << endl;
	}
	~Son() {
		cout << "Son的析构函数！" << endl;
	}

};
void test() {
	Base* b = new Son;
	delete b;
}

int main() {
	test();
	system("pause");
	return 0;

}

Base的构造函数！
Son的构造函数！
Son的析构函数！
Base的纯虚析构函数
请按任意键继续. . .

实战案例
电脑主要组成部件为CPU(用于计算)，显卡(用于显示)，内存条(用于存储)
将每个零件封装出抽象基类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例救Intel厂商和Lenovo厂商创建电脑类提供让电脑工作的函敌，并且调用每个零件工作的接口
测试时组装三台不同的电脑进行工作

#include 
using namespace std;
// CPU抽象类
class CPU {
public:
	// 纯虚函数
	virtual void caculate() = 0;
};
// 显卡抽象类
class VideoCard {
public:
	// 纯虚函数
	virtual void display() = 0;
};
// 内存条抽象类
class Memory {
public:
	// 纯虚函数
	virtual void storage() = 0;
};
// Inter的零件
class InterCPU :public CPU {
public:
	void caculate() {
		cout << "Inter的CPU开始计算!" << endl;
	}
};
class InterVideoCard :public VideoCard {
public:
	void display() {
		cout << "Inter的显卡开始显示!" << endl;
	}
};
class InterMemory :public Memory {
public:
	void storage() {
		cout << "Inter的存储条开始存储！" << endl;
	}
};
// Lenovo的零件
class LenovoCPU :public CPU {
public:
	void caculate() {
		cout << "Lenovo的CPU开始计算！" << endl;
	}
};
class LenovoVideoCard :public VideoCard {
public:
	void display() {
		cout << "Lenovo的显卡开始显示！" << endl;
	}
};
class LenovoMemory :public Memory {
public:
	void storage() {
		cout << "Lenovo的存储条开始存储！" << endl;
	}
};
// 电脑类
class Computer {
public:
	Computer(CPU* c, VideoCard* v, Memory* m) {
		mc = c;
		mv = v;
		mm = m;
	}
	void dowork() {
		mc->caculate();
		mv->display();
		mm->storage();
	}
	virtual ~Computer() {
		//cout << "电脑的析构函数！" << endl;
		if (mc != NULL) {
			delete mc;
			mc = NULL;
		}
		if (mv != NULL) {
			delete mv;
			mv = NULL;
		}
		if (mm != NULL) {
			delete  mm;
			mm = NULL;
		}
	}
private:
	CPU * mc;
	VideoCard * mv;
	Memory* mm;
};

void start() {
	// 创建三台电脑
	cout << "第一台电脑：" << endl;
	Computer c1(new InterCPU, new InterVideoCard, new InterMemory);
	c1.dowork();
	cout << "第二台电脑：" << endl;
	Computer c2(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new InterMemory);
	c2.dowork();
	cout << "第三台电脑：" << endl;
	Computer c3(new InterCPU, new InterVideoCard, new LenovoMemory);
	c3.dowork();
}
int main() {
	start();
	system("pause");
	return 0;

}

第一台电脑：
Inter的CPU开始计算!
Inter的显卡开始显示!
Inter的存储条开始存储！
第二台电脑：
Lenovo的CPU开始计算！
Lenovo的显卡开始显示！
Inter的存储条开始存储！
第三台电脑：
Inter的CPU开始计算!
Inter的显卡开始显示!
Lenovo的存储条开始存储！
请按任意键继续. . .