C++核心学习笔记
1. 内存分区模型
程序运行前：
- 代码区：共享和只读
- 全局区：存放全局变量、静态变量以及常量（程序结束后操作系统释放）
常量包括字符串常量和const修饰的常量（全局、局部）。其中，常量区存放的是字符串常量和const修饰的全局常量。
程序运行后：
- 栈区：存放函数参数值、局部变量（由编译器释放）
- 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。
注：不要返回局部变量的地址。C++中主要利用new在堆区开辟内存，由程序员开辟操作，手动释放可以通过delete关键字来释放。利用new创建的数据，会返回该数据对应类型的指针。
2. 引用
2.1 引用给变量起别名
语法：数据类型 &别名 = 原名；
int a = 10;
int& b = a;
b = 20;
变量a可以操纵某块内存，该内存中存放的数值是10。给变量a起一个别名变量b，那么变量b也可以操纵那块内存，它们指向同一块内存。通过给变量b赋值为20，那么变量a的数值也是20。
注：
- 引用必须要初始化（直接int &b；是错误的，正确的是int &b =a；）
- 原名和别名都操纵同一块内存
- 引用一旦初始化，就不可以更改（比如，int &b =a初始化了，此时b就是a的 别名了，不能再作为别的变量的别名）
int a = 10;
int& b = a;
int c = 20;
b = c; // 不是更改引用，而是把c赋值给b。由于a,b指向同一块内存，此时a、b、c都等于20。
2.2 引用做函数参数
形参：函数定义处的占位符。
实参：实际参数，函数调用时，实参会被传递到形参。
- 值传递
#include
using namspace std;
void swap01(int a, int b)
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
cout << "swap01中的形参a = " << a << endl;
cout << "swap01中的形参b = " << b << endl;
}
int main()
{
int a = 10;
int b =20;
swap01(a, b) //值传递，形参不会修饰实参
cout << "实参a = " << a << endl;
cout << "实参b = " << b << endl;
return 0；
}
此时输出的形参发生交换a=20,b=10。但实参不改变a=10, b=20。
- 地址传递
#include
using namspace std;
void swap02(int *a, int *b)
{
int tmp = *a;
*a = *b;
*b = tmp;
}
int main()
{
int a = 10;
int b =20;
swap02(&a, &b) //地址传递，形参会修饰实参
cout << "实参a = " << a << endl;
cout << "实参b = " << b << endl;
return 0；
}
此时，实参a=20，实参b=10。
- 引用传递
#include
using namspace std;
void swap03(int &a, int &b) // 给a、b起别名a、b，可达到修饰实参的效果，又避免指针的复杂写法
{
int tmp = a;
a = b;
b = tmp;
}
int main()
{
int a = 10;
int b =20;
swap03(&a, &b) //引用传递，形参会修饰实参。
cout << "实参a = " << a << endl;
cout << "实参b = " << b << endl;
return 0；
}
此时，实参a=20，实参b=10。
总结：函数传参数时，引用可以让形参修饰实参，可以简化指针修改实参。
2.3 引用做函数返回值
注：
不要返回局部变量的引用
函数的调用可以作为左值
-
- 引用做函数返回值，返回全局变量
#include
int a = 10;
int& test() // 表示返回引用
{
std::cout << "a = " << a << std::endl;
return a;
}
int main()
{
int &ref = test();
a = 20;
std::cout << "ref: " << ref << std::endl;
}
-
- 引用做函数返回值，返回静态变量
#include
int& test()
{
static int b = 10; // static静态变量存放于全局区，不会在函数执行结束后被释放。
return b;
}
int main()
{
int &ref = test();
std::cout << "ref: " << ref << std::endl;
}
-
- 引用做函数返回值，函数调用可以作为左值
#include
int& test()
{
static int b = 10;
return b;
}
int main()
{
int &ref = test();
std::cout << "ref: " << ref << std::endl;
test() = 1000; // 如果函数的返回值是引用，调用函数可以作为左值使用
std::cout << "ref: " << ref << std::endl;
}
2.4 引用的本质
引用的本质在c++内部实现是一个指针常量（int const ref = &a*）。
#include
void func(int& ref)
{
ref = 100;
}
int main()
{
int a = 10;
int& ref = a; //自动转换为 int* const ref = &a;指针常量是指针指向不可改，所以引用不可更改
ref = 20; //内部发现ref是引用，自动转为*ref = 20;
std::cout << "a: " << a << std::endl;
std::cout << "ref: " << ref << std::endl;
func(a);
std::cout << "a: " << a << std::endl;
std::cout << "ref: " << ref << std::endl;
return 0;
}
结论：C++推荐使用引用技术，因为语法方便，引用本质是指针常量，但是所有额指针操作编译器都帮我们做了。
2.5 常量引用
使用场景：用来修饰形参，防止误操作
#include
void showValue(const int &val)
{
//val = 1000; //加上const以后，此时修改val就是不合法的，避免修改原来的a值。
std::cout << "val = " << val << std::endl;
}
int main()
{
// 引用必须引一块合法的内存空间
// 下面这种写法可以操纵这块内存，但无法知道它的原名
// 加上const以后，无法改变ref的值
const int &ref = 10; // 相对于int temp = 10; const int &ref = temp;
int a =10;
showValue(a);
std::cout << "a = " << a << std::endl;
}
3.函数提高
3.1 函数默认参数
如果自己传入数据，就用自己的数据，没有传则用默认值。
int func(int a, int b=20, int c=30)
{
return a+b+c;
}
注意事项：
- 如果某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置往后，从左到右都必须有默认值。
- 如果函数声明有默认参数，函数实现就不能有默认参数。（**声明和实现只能有一个默认参数）
3.2 函数占位参数
- c++函数的形参列表里可以有占位参数，用来做占位，调用函数时必须填补该位置
void func(int a, int) //占位只写数据类型，第二个int为占位所用
{
std::cout << "This is a func." << std::endl;
}
int main()
{
func(10, 1000); // 必须传入第二个参数，才能正确调用
}
- 占位参数还可以有默认参数
void func(int a, int=10)
{
std::cout << "This is a func." << std::endl;
}
int main()
{
func(10);
}
3.3 函数重载
作用：函数名可以相同，提高复用性。
条件：
- 同一个作用域下；
- 函数名称相同；
- 函数参数类型不同 或者 个数不同 或者 顺序不同；
void func()
{
std::cout << "func的调用" << std::endl;
}
void func(int a)
{
std::cout << "func(int a)的调用" << std::endl;
}
void func(double a)
{
std::cout << "func(double a)的调用" << std::endl;
}
void func(int a, double b)
{
std::cout << "func(int a, double b)的调用" << std::endl;
}
void func(double a, int b)
{
std::cout << "func(double a, int b)的调用" << std::endl;
}
int main()
{
func();
func(10);
func(3.14);
func(10, 3.14);
func(3.14, 10);
return 0;
}
注：函数返回值不一样不可以作为函数重载的条件；
函数重载的注意事项：
- （1）引用作为重载的条件；
void func(int &a)
{
std::cout << "func(int &a)的调用" << std::endl;
}
void func(const int &a)
{
std::cout << "func(const int &a)的调用" << std::endl;
}
调用第一个：因为a为可读可写的变量，所以默认会调第一个
int main()
{
int a =10;
func(a); // 会调用第一个
}
调用第二个：传入参数是一个常量，第一个函数在这种情况是不合法，所以默认会调用第二个
int main()
{
func(10); // 会调用第二个
}
- （2）函数重载碰到默认参数
例一：函数形参个数不同，正常调用重载
void func(int a, int b)
{
std::cout << "func(int a, int b)的调用" << std::endl;
}
void func(int a)
{
std::cout << "func(int a)的调用" << std::endl;
}
int main()
{
func(10); //会调用第二个
}
例二：函数重载碰到默认参数，出现二义性，报错，尽量避免这种情况。
void func(int a, int b=10)
{
std::cout << "func(int a, int b)的调用" << std::endl;
}
void func(int a)
{
std::cout << "func(int a)的调用" << std::endl;
}
int main()
{
func(10); //会报错
}
4.类和对象
c++面向对象的三大特性：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。具有相同性质的对象，可以抽象为类，人属于人类，车属于车类。
4.1 封装
4.1.1 封装的意义
（1）将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事务
- 设计类的时候，属性和行为写在一起，表现事务。
- 语法：class 类名{ 访问权限: 属性 /行为}；
例1：设计一个圆类，求圆的周长
#include
const double PI = 3.14;
class Circle
{
//访问权限
public:
// 属性
int m_r; //半径
// 行为
double calculateZC() //获取圆的周长
{
return 2*PI*m_r; // 圆求周长的公式：2*PI*半径。
}
};
int main()
{
Circle c1; //通过圆类，创建具体的圆（对象）。实例化，即通过一个类创建一个具体的对象。
c1.m_r = 10; //给圆对象的属性进行赋值
std::cout << "圆的周长为：" << c1.calculateZC() << std::endl;
return 0;
}
例2：设计一个学生类，属性有姓名和学号，可以给姓名和学号赋值，可以显示学生的姓名和学号。
#include
#include
using namespace std;
const double PI = 3.14;
class Student
{
public:
// 类中的属性和行为统一称为成员
// 属性：成员属性 或 成员变量
// 行为：成员函数 或 成员方法
string m_name;
int m_id;
void showInfo()
{
std::cout << "该学生的姓名是：" << m_name;
std::cout << " 学号是：" << m_id << std::endl;
}
void SetName(string name)
{
m_name = name;
}
void SetID(int id)
{
m_id = id;
}
};
int main()
{
Student s1;
s1.SetName("张三");
s1.SetID(202401);
s1.showInfo();
Student s2;
s2.m_name = "李四";
s2.m_id = 202402;
s2.showInfo();
return 0;
}
（2）将属性和行为加以权限控制。
访问权限：
- 公共权限public：类内可以访问，类外可以访问
- 保护权限protected：类内可以访问，类外不可以访问。子类可以访问父类中的保护内容。
- 私有权限private：类内可以访问，类外不可以访问。子类不可以访问父类的私有内容。
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
string m_Name;
protected:
string m_Car;
private:
int m_Password;
public:
void func()
{
m_Name = "张三";
m_Car = "拖拉机";
m_Password = 123456;
}
void showInfo()
{
cout << "姓名：" << m_Name << " 车：" << m_Car;
cout << " 密码：" << m_Password << endl;
}
};
int main()
{
Person p1;
p1.func();
p1.showInfo();
p1.m_Name = "李四";
p1.showInfo();
// p1.m_Car = "奔驰"; // protected权限类外无法访问
// p1.m_Password = "123"; // private权限类外无法访问
return 0;
}
4.1.2 struct和class区别
c++中struct和class唯一的区别就在于 默认的访问权限不同
- struct默认权限为公共
- class默认权限为私有
#include
using namespace std;
class C1
{
int m_A; //默认权限是私有
};
struct C2
{
int m_A; //默认权限是公共
}
int main()
{
C1 c1;
// c1.m_A = 100; //会发现不可访问
C2 c2;
c2.m_A = 100; //会发现能正常访问
return 0;
}
4.1.3 成员属性设置为私有
优点：
- 将所有成员属性设置为私有，可以自己控制读写权限。
- 对于写权限，我们可以检测数据的有效性。
例1：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
using namespace std;
#include
class Person
{
public:
void setName(string name) // 设置姓名
{
m_Name = name;
}
string getName() // 获取姓名
{
return m_Name;
}
int getAge() // 获取年龄
{
return m_Age;
}
void setIdol(string idol)
{
m_Idol = idol;
}
private:
string m_Name; // 姓名 可读可写
int m_Age = 18; //年龄 只读
string m_Idol; // 偶像 只写
};
int main()
{
Person p;
p.setName("张三");
cout << "姓名：" << p.getName() << endl;
//p.m_Age = 20;
cout << "年龄：" << p.getAge() << endl;
p.setIdol("小明");
//cout << "偶像：" << p.m_Idol << endl;
return 0;
}
例2：改一下年龄，让年龄也可以写，但范围需要在0-150之间
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
using namespace std;
#include
class Person
{
public:
void setName(string name) // 设置姓名
{
m_Name = name;
}
string getName() // 获取姓名
{
return m_Name;
}
int getAge() // 获取年龄
{
return m_Age;
}
void setAge(int age) // 设置年龄，且范围在0~150
{
if(age < 0 || age > 150)
{
cout << "年龄" << age << "输出有误，赋值失败" << endl;
return;
}
m_Age = age;
}
void setIdol(string idol)
{
m_Idol = idol;
}
private:
string m_Name; // 姓名 可读可写
int m_Age = 18; //年龄 可读可写，但写入范围在0~150之间
string m_Idol; // 偶像 只写
};
int main()
{
Person p;
p.setName("张三");
cout << "姓名：" << p.getName() << endl;
p.setAge(160);
cout << "年龄：" << p.getAge() << endl;
p.setIdol("小明");
//cout << "偶像：" << p.m_Idol << endl;
return 0;
}
练习案例1：设计立方体类
- 设计立方体类（cube)
- 求出立方体的面积和体积
- 分别用全局函数和成员函数判断两个立方体是否相等
#include
using namespace std;
#include
//立方体类设计
//1.创建立方体类
//2.设计属性
//3.设计行为，获取立方体面积和体积
//4.分别利用全局函数和成员函数，判断两个立方体是否相等
class Cube
{
public:
// 设置长和获取长
void setL(int l)
{
m_L = l;
}
int getL()
{
return m_L;
}
// 设置宽和获取宽
void setW(int w)
{
m_W = w;
}
int getW()
{
return m_H;
}
// 设置高和获取高
void setH(int h)
{
m_H = h;
}
int getH()
{
return m_H;
}
//计算面积
int calS()
{
return 2*m_L*m_W +2*m_W*m_H +2*m_L*m_H;
}
//计算体积
int calV()
{
return m_L*m_W*m_H;
}
//利用成员函数判断两个立方体是否相等
bool isSameByClass(Cube &c)
{
if(m_L == c.getL() && m_W == c.getW() && m_H == c.getH())
{
return true;
}
return false;
}
private:
int m_L;
int m_W;
int m_H;
};
//利用全局函数判断两个立方体是否相等
bool isSame(Cube &c1, Cube &c2)
{
if(c1.getL() == c2.getL() && c1.getW() == c2.getW() && c1.getH() == c2.getH())
{
return true;
}
return false;
}
int main()
{
Cube c1;
c1.setL(10);
c1.setW(10);
c1.setH(10);
cout << "c1的面积为：" << c1.calS() << endl;
cout << "c1的体积为：" << c1.calV() << endl;
Cube c2;
c2.setL(10);
c2.setW(10);
c2.setH(10);
// 利用全局函数判断
bool ret = isSame(c1, c2);
if(ret)
{
cout << "全局函数判断结果：c1和c2是相等的" << endl;
}
else
{
cout << "全局函数判断结果：c1和c2是不相等的" << endl;
}
// 利用成员函数判断
ret = c1.isSameByClass(c2);
if(ret)
{
cout << "成员函数判断结果：c1和c2是相等的" << endl;
}
else
{
cout << "成员函数判断结果：c1和c2是不相等的" << endl;
}
return 0;
}
练习案例2：点和圆的关系
设计一个圆形类（Circle）和一个点类（Point），计算点和圆的关系
- 点到圆心的距离等于半径，点在圆上
- 点到圆心的距离大于半径，点在圆外
- 点到圆心的距离小于半径，点在圆内
点 ( x 1 , y 1 ) 到圆心 ( x 0 , y 0 ) 的距离 = ( x 1 − x 0 ) 2 + ( y 1 − y 0 ) 2 点(x_1,y_1)到圆心(x_0,y_0)的距离 = \sqrt{(x_1 - x_0)^2+(y_1-y_0)^2} 点(x1,y1)到圆心(x0,y0)的距离=(x1−x0)2+(y1−y0)2
#include
using namespace std;
#include
//点类
class Point
{
public:
//设置和获取x
void setX(int x)
{
m_X = x;
}
int getX()
{
return m_X;
}
//设置和获取y
void setY(int y)
{
m_Y = y;
}
int getY()
{
return m_Y;
}
private:
int m_X;
int m_Y;
};
//圆类
class Circle
{
public:
//设置和获取半径
void setR(int R)
{
m_R = R;
}
int getR()
{
return m_R;
}
//设置和获取圆心
void setCenter(Point center)
{
m_Center = center;
}
Point getCenter()
{
return m_Center;
}
private:
int m_R; //半径
Point m_Center; //圆心。在类中可以让另一个类作为本类的成员
};
//判断点和圆的关系
void isInCircle(Circle &c, Point &p)
{
//计算两点之间距离的平方
int distance =
(c.getCenter().getX() -p.getX()) * (c.getCenter().getX() -p.getX()) +
(c.getCenter().getY() -p.getY()) * (c.getCenter().getY() -p.getY());
//计算半径的平方
int rDistance = c.getR() * c.getR();
//判断关系
if(distance == rDistance)
{
cout << "点在圆上" << endl;
}
else if(distance > rDistance)
{
cout << "点在圆外" << endl;
}
else
{
cout << "点在圆内" << endl;
}
}
int main()
{
Point center;
center.setX(10);
center.setY(0);
Circle c;
c.setR(10);
c.setCenter(center);
Point p;
p.setX(10);
p.setY(9);
isInCircle(c, p);
return 0;
}
上面的例子，主要有两个重点：
- 在类中可以让另一个类作为本类的成员
- 类拆分头文件
拆分后的代码：
- point.h
#ifndef POINT_H //如果头文件没定义过,就执行下面的#define和endif之前的内容
#define POINT_H
#include
using namespace std;
#include
//点类
class Point
{
public:
//设置和获取x
void setX(int x);
int getX();
//设置和获取y
void setY(int y);
int getY();
private:
int m_X;
int m_Y;
};
#endif
- circle.h
#ifndef CIRCLE_H //如果头文件没定义过,就执行下面的#define和endif之前的内容
#define CIRCLE_H
#include
using namespace std;
#include
//圆类
class Circle
{
public:
//设置和获取半径
void setR(int R);
int getR();
//设置和获取圆心
void setCenter(Point center);
Point getCenter();
private:
int m_R; //半径
Point m_Center; //圆心
};
#endif
- point.cpp
#include
#include
using namespace std;
#include
//设置和获取x
void Point::setX(int x)
{
m_X = x;
}
int Point::getX()
{
return m_X;
}
//设置和获取y
void Point::setY(int y)
{
m_Y = y;
}
int Point::getY()
{
return m_Y;
}
- circle.cpp
#include
//设置和获取半径
void Circle::setR(int R)
{
m_R = R;
}
int Circle::getR()
{
return m_R;
}
//设置和获取圆心
void Circle::setCenter(Point center)
{
m_Center = center;
}
Point Circle::getCenter()
{
return m_Center;
}
- main.cpp
#include
using namespace std;
#include
#include
#include
//判断点和圆的关系
void isInCircle(Circle &c, Point &p)
{
//计算两点之间距离的平方
int distance =
(c.getCenter().getX() -p.getX()) * (c.getCenter().getX() -p.getX()) +
(c.getCenter().getY() -p.getY()) * (c.getCenter().getY() -p.getY());
//计算半径的平方
int rDistance = c.getR() * c.getR();
//判断关系
if(distance == rDistance)
{
cout << "点在圆上" << endl;
}
else if(distance > rDistance)
{
cout << "点在圆外" << endl;
}
else
{
cout << "点在圆内" << endl;
}
}
int main()
{
Point center;
center.setX(10);
center.setY(0);
Circle c;
c.setR(10);
c.setCenter(center);
Point p;
p.setX(10);
p.setY(9);
isInCircle(c, p);
return 0;
}
注：Visual Studio可以直接用这种方式运行，但VScode只是一个代码编辑器，需要自己配置CMakeLists.txt。
（1）文件夹结构
![[Pasted image 20240102164240.png]]
只需要include/circle.h、include/point.h以及src/circle.cpp、src/point.cpp、src/main.cpp和CMakeLists.txt即可。
（2）CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.0.2)
project(code)
add_compile_options(-std=c++11)
set(OpenCV_DIR /opt/ros/kinetic/share/Opencv-3.3.1-dev)
find_package(OpenCV REQUIRED)
find_package(Eigen3 REQUIRED)
include_directories(
${PROJECT_SOURCE_DIR}
${EIGEN3_INCLUDE_DIR}
${OpenCV_INCLUDE_DIR}
${PROJECT_SOURCE_DIR}/include
)
set(EXECUTABLE_OUTPUT_PATH ${PROJECT_SOURCE_DIR}/bin)
add_executable(HelloWorld src/HelloWorld.cpp)
add_executable(demo src/demo.cpp)
target_link_libraries(demo ${OpenCV_LIBS} ${EIGEN3_LIBS})
add_executable(main src/main.cpp src/point.cpp src/circle.cpp)
（3）运行命令
mkdir build
cd build
cmake ..
make
../bin/main
4.2 对象的初始化和清理
c++中的面向对象来源于生活，每个对象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。如果我们不提供构造和析构，编译器会提供默认的构造和析构，但是是空实现。
- 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：主要作用在对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工作。
（1）构造函数语法：类名( ){ }
- 没有返回值，也不写void
- 函数名称与类名相同
- 可以有参数，因此可以发生重载
- 程序在调用对象时会自动调用构造，无须手动调用而且只会调用一次
（2）析构函数语法：~类名( ){ }
- 没有返回值，也不写void
- 函数名称与类名相同，在名称前加符号~
- 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
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
Person()
{
cout << "Person构造函数的调用" << endl;
}
~Person()
{
cout << "Person析构函数的调用" << endl;
}
};
void test1()
{
Person p; //在栈上的数据，test1执行完毕以后，释放这个对象
}
int main()
{
test1(); //这种写法在执行完test1函数之后，就释放对象，执行了析构函数
Person p; //这种写法在return0执行完之后，释放对象，才会执行析构函数
return 0;
}
4.2.2 构造函数的分类和调用
分类：
- 按照参数分：有参构造和无参构造
- 按照类型分：普通构造和拷贝构造
调用方式： - 括号法
- 显示法
- 隐式转换法
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
// 构造函数
Person()
{
cout << "Person无参构造函数的调用" << endl;
}
Person(int a)
{
age = a;
cout << "Person有参构造函数的调用" << endl;
}
//拷贝构造函数
Person(const Person &p)
{
age = p.age;
cout << "Person拷贝构造函数的调用" << endl;
}
~Person()
{
cout << "Person析构函数的调用" << endl;
}
int age;
};
void test01()
{
//括号法
Person p1; //默认构造函数调用
Person p2(10); // 有参构造函数调用
Person p3(p2); // 拷贝构造函数调用
cout << "p2的年龄为：" << p2.age << endl;
cout << "p3的年龄为：" << p3.age << endl;
cout << endl;
// //显示法
Person p4;
Person p5 = Person(10);
Person p6 = Person(p5);
Person(10); // 匿名对象（特点：当前行执行结束后，系统会立即回收掉匿名对象）
cout << endl;
// //隐式转换法
Person p7 = 10; //相对于写了Person p4 = Person(10);
Person p8 = p7;
cout << endl;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
![[Pasted image 20240102181135.png]]
注意事项：
- 调用默认构造函数时，不要加()。因为
Person p1();会被认为是函数声明。 - 不要利用拷贝构造函数，初始化匿名对象。
Person(p3);这种写法会报错，编译器等价了这个代码为Person p3，就变成了对象声明。。
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三种情况
- 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个对象
- 值传递的方式给函数参数传值
- 以值方式返回局部对象
示例：
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
Person()
{
cout << "Person默认构造函数调用" << endl;
}
Person(int age)
{
m_Age = age;
cout << "Person有参构造函数调用" << endl;
}
Person(const Person &p)
{
m_Age = p.m_Age;
cout << "Person拷贝构造函数调用" << endl;
}
~Person()
{
cout << "Person析构构造函数调用" << endl;
}
int m_Age;
};
void test01()
{
Person p1(20);
Person p2(p1);
}
void doWork(Person p){}
void test02()
{
Person p;
doWork(p);
}
Person doWork2()
{
Person p1;
cout << (int*)&p1 << endl;
return p1;
}
void test03()
{
Person p = doWork2();
cout << (int*)&p << endl;
}
int main()
{
test01();
cout << endl;
test02();
cout << endl;
test03();
return 0;
}
![[Pasted image 20240107185012.png]]
注：第三种情况没有调用拷贝构造。。。
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
- 默认构造函数（无参，函数体为空）
- 默认析构函数（无参，函数体为空）
- 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++不再提供默认无参构造，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
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
Person()
{
cout << "Person的默认构造函数调用" << endl;
}
Person(int age)
{
cout << "Person的有参构造函数调用" << endl;
m_Age = age;
}
Person(const Person &p)
{
cout << "Person的拷贝构造函数调用" << endl;
m_Age = p.m_Age;
}
~Person()
{
cout << "Person的析构构造函数调用" << endl;
}
int m_Age;
};
void test01()
{
//注释拷贝构造函数，对比不注释，来测试本案例
Person p;
p.m_Age = 18;
Person p2(p);
cout << "p2的年龄为：" << p2.m_Age << endl;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
如果把上面的拷贝构造函数注释掉，执行代码，会发现p2的年龄还是18，析构函数仍然执行了两次，但此时就不会打印”Person的拷贝函数调用“了，因为调用的是编译器提供的拷贝构造函数。
| 函数类型 | 情况1 | 情况2 |
|---|---|---|
| 默认构造 | × | × |
| 有参构造 | √ | × |
| 拷贝构造 | √ | √ |
| 表格总结： |
- 情况1：自定义有参构造函数，编译器会提供默认拷贝构造
- 情况2：自定义拷贝构造，编译器不提供其他构造。
4.2.5 深拷贝和浅拷贝
浅拷贝：简单的赋值操作。
深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作。
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
Person()
{
cout << "Person的默认构造函数调用" << endl;
}
Person(int age, int height)
{
cout << "Person的有参构造函数调用" << endl;
m_Age = age;
m_Hight = new int(height);
}
~Person()
{
//析构代码，将堆区开辟数据做释放操作
if(m_Height != NULL)
{
delete m_Height;
m_Height = NULL;
}
cout << "Person的析构构造函数调用" << endl;
}
int m_Age;
int *m_Height;
};
void test01()
{
Person p1(18, 160);
cout << "p1的年龄为：" << p1.m_Age << *p1.m_Height << endl;
Person p2(p1);
cout << "p2的年龄为：" << p2.m_Age << *p2.m_Height << endl;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
以上代码会出错，出错原因分析如下：
- 拷贝构造只是简单赋值，在堆区内存释放时，第二次重复释放就会报错。
![[Pasted image 20240109213657.png]]
解决：通过深拷贝解决，在堆区重新申请内存，但指向的数据是一样的。
//自己实现拷贝构造，解决浅拷贝带来的问题
Person(const Person &p)
{
cout << "Person的拷贝构造函数调用" << endl;
m_Age = p.m_Age;
//m_Height = p.m_Height; //编译器默认实现就是这行代码
//深拷贝操作
m_Height = new int(*p.m_Height);
}
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。1415
4.2.6 初始化列表
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)...
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
Person(int a, int b, int c): m_A(a), m_B(b), m_C(c){}
void PrintPerson()
{
cout << "m_A: " << m_A << endl;
cout << "m_B: " << m_B << endl;
cout << "m_C: " << m_C << endl;
}
private:
int m_A;
int m_B;
int m_C;
};
int main()
{
Person p(30, 20, 10);
p.PrintPerson();
return 0;
}
4.2.7 类对象作为类成员
c++类中的成员可以是另一个类的对象，我们称该成员为对象成员
例如：
class A{}
class B
{
A a;
}
B类中有对象A作为成员，A为对象成员。
那么当创建B对象时，A与B的构造和析构函数的先后顺序是？
#include
using namespace std;
#include
class Phone
{
public:
Phone(string pName)
{
cout << "Phone的构造函数调用" << endl;
m_PName = pName;
}
~Phone()
{
cout << "Phone的析构函数调用" << endl;
}
string m_PName;
};
class Person
{
public:
Person(string name, string pName):m_Name(name), m_Phone(pName)
{
cout << "Person的构造函数调用" << endl;
}
~Person()
{
cout << "Person的析构函数调用" << endl;
}
string m_Name;
Phone m_Phone;
};
void test01()
{
Person p("张三", "苹果MAX");
cout << p.m_Name << "拿着" << p.m_Phone.m_PName << endl;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
![[Pasted image 20240102211211.png]]
总结：当其他类对象作为本类成员，构造时候先构造类对象，再构造自身。析构的顺序与构造相反。
4.2.8 静态成员
静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员
（1）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
#include
using namespace std;
#include
class Person
{
public:
static int m_A; // 类内声明
private:
static int m_B;
};
int Person::m_A = 100; //类外初始化
int Person::m_B = 200;
void test01()
{
Person p1;
cout << p1.m_A << endl;
Person p2;
p2.m_A = 200;
cout << p1.m_A << endl;
}
void test02()
{
// 静态成员变量不属于某个对象上，所有对象都共享同一份数据
// 因此静态成员变量有两种访问方式
//1.通过对象访问
Person p;
cout << p.m_A << endl;
//2.通过类名进行访问
cout << Person::m_A << endl;
//cout << Person::m_B << endl; // 类外访问不到私有静态成员变量
}
int main()
{
test01();
cout << endl;
test02();
cout << endl;
return 0;
}
（2）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
#include
using namespace std;
#include
class Person
{
public:
static void func()
{
m_A = 100; //静态成员函数可以访问静态成员变量
//m_B = 200; //静态成员函数不可以访问非静态成员变量
cout << "static void func调用" << endl;
}
static int m_A;
int m_B;
private:
static void func2()
{
cout << "static void func2的调用" << endl;
}
};
int Person::m_A = 0;
void test01()
{
// 1.通过对象访问
Person p;
p.func();
cout << endl;
// 2.通过类名进行访问
Person::func();
//Person::func2(); //类外不能访问私有静态成员函数
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
4.3 C++对象模型和this操作
4.3.1 成员变量和成员函数分开存储
在c++中，类内的成员变量和成员函数分开存储，只有非静态成员变量才属于类的对象上。
#include
using namespace std;
#include
class Person1
{
};
class Person2
{
int m_A;
};
class Person3
{
int m_A;
static int m_B;
};
class Person4
{
int m_A;
static int m_B;
void func() {}
};
class Person5
{
int m_A; //非静态成员变量，属于类的对象上
static int m_B; //静态成员变量，不属于类的对象上
void func() {} //非静态成员函数，不属于类对象上
static void func2() {} //静态成员函数，不属于类对象上
};
void test01()
{
Person1 p1;
// 空对象占用内存空间为1
// 为区分空对象占内存的位置，c++给每个空对象分配一个字节空间。
cout << "size of p = " << sizeof(p1) << endl;
}
void test02()
{
// 占用内存空间为4
Person2 p2;
cout << "size of p = " << sizeof(p2) << endl;
}
void test03()
{
// 占用内存空间为4
Person3 p3;
cout << "size of p = " << sizeof(p3) << endl;
}
void test04()
{
// 占用内存空间为4
Person4 p4;
cout << "size of p = " << sizeof(p4) << endl;
}
void test05()
{
// 占用内存空间为4
Person4 p5;
cout << "size of p = " << sizeof(p5) << endl;
}
int main()
{
test01();
test02();
test03();
test04();
test05();
return 0;
}
4.3.2 this指针概念
通过4.3.1我们知道c++成员变量和成员函数是分开储存的
每一个非静态成员函数只会诞生一份函数实例，也就是说多个同类型的对象会共用一块代码
那么问题是：这一块代码是如何区分那个对象调用自己的呢？
c++通过提供特殊的对象指针，this指针，解决上述问题。
this指针指向被调用的成员函数所属的对象。
this指针是隐含每一个非静态成员函数的一种指针。
this指针不需要定义，直接使用即可。
this指针的用途：
- 当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
- 在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用return *this。
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
Person(int age)
{
cout << "Person的有参构造函数调用" << endl;
//m_Age = age;
this->age = age; //this指针指向被调用的成员函数 所属的对象
}
void PersonAddAge(Person &p)
{
this->age += p.age;
}
Person& PersonAddAge2(Person &p)
{
this->age += p.age;
return *this; // this指向p2的指针，*this指向的就是对象本体
}
Person PersonAddAge3(Person &p) //值方式返回，每次都拷贝构造新对象，不是返回原对象
{
this->age += p.age;
return *this; // this指向p2的指针，*this指向的就是对象本体
}
//int m_Age;
int age;
};
void test01()
{
Person p1(18); // p1调了有参构造，this指向p1。
cout << "p1的年龄为: " << p1.age << endl;
}
void test02()
{
Person p1(10);
Person p2(10);
p2.PersonAddAge(p1);
cout << "p2的年龄为: " << p2.age << endl;
cout << endl;
Person p3(10);
p3.PersonAddAge2(p1).PersonAddAge2(p1).PersonAddAge2(p1); //链式编程思想
cout << "p3的年龄为: " << p3.age << endl;
cout << endl;
Person p4(10);
p4.PersonAddAge3(p1).PersonAddAge3(p1).PersonAddAge3(p1); //每次拷贝出一个新对象，不是引用原对象
cout << "p4的年龄为: " << p4.age << endl;
cout << endl;
}
int main()
{
test01();
cout << endl;
test02();
return 0;
}
![[Pasted image 20240110101158.png]]
4.3.3 空指针访问成员函数
c++中空指针也是可以调用成员函数的，但是也要注意有没有用到this指针
如果用到this指针，需要加以判断保证代码的健壮性。
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
void showClassName()
{
cout << "this is Person class" << endl;
}
void showPersonAge()
{
if(this==NULL)
{
return;
}
cout << "age = " << this->m_Age << endl;
}
int m_Age;
};
void test01()
{
Person *p= NULL;
p->showClassName();
p->showPersonAge(); //不判空，就会报错。报错原因是传入空指针，无法访问属性。
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
4.3.4 const修饰成员函数
常函数：
- 成员函数加const后我们称这个函数为常函数
- 常函数不可以修改成员属性
- 成员属性声明时加关键字mutable后，在常函数中依然可以修改
常对象：
- 声明对象前加const称该对象为常对象
- 常对象只能调用常函数
#include
using namespace std;
class Person
{
public:
void showPerson() const //在成员函数后加const，修饰的是this指向，让指针指向的值也不可修改
{
//m_A = 100; // 报错，表达式不能修改
//this->m_A = 100; // 报错，被const修饰了，不能修改this指针指向的值
this->m_B = 100; //被mutable修改的变量，即使被const修改，this指针指向的值也可修改
}
void showPerson2()
{
//this = NULL; //this指针的本质是指针常量，指针的指向是不可更改的
this->m_A = 100; // this指针可以修改指针指向的值
}
int m_A;
mutable int m_B; //特殊变量，即使在常函数中，也可以修改这个值
};
void test01()
{
Person p;
p.showPerson();
p.showPerson2();
}
void test02()
{
const Person p1; //在对象前面加const，变为常对象
//p1.m_A = 100; //p1是常对象，不能修改普通成员属性
p1.m_B = 100; //m_B是特殊值，在常对象下也可以修改
p1.showPerson(); //常对象调用了常函数
//p1.showPerson2(); //常对象只能调用常函数
}
int main()
{
test01();
cout << endl;
test02();
return 0;
}
4.4 友元
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
示例代码：
#include
using namespace std;
#include
class Building
{
//声明 友元可以访问类中私有成员
friend void goodGay(Building *building);
public:
Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
public:
string m_SittingRoom;
private:
string m_BedRoom;
};
void goodGay(Building *building)
{
cout << "好基友全局函数 正在访问: " << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友全局函数 正在访问: " << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
Building building;
goodGay(&building);
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
4.4.2友元类
示例代码：
#include
using namespace std;
#include
class Building;
class GoodGay
{
public:
GoodGay();
void visit();
Building *building;
};
class Building
{
friend class GoodGay;
public:
Building();
public:
string m_SittingRoom;
private:
string m_BedRoom;
};
Building::Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
GoodGay::GoodGay()
{
building = new Building; //new什么数据类型就返回什么数据类型的指针
}
void GoodGay::visit()
{
cout << "好基友类正在访问: " << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "好基友类正在访问: " << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
//首先创建GoodGay对象，调用其构造函数，其中会new一个Building的对象，调用Building的构造函数，此时Building的构造中给该类的两个属性都附了一个初值，此时GoodGay对象就可以调用visit属性，访问Building中的属性。
GoodGay gg;
gg.visit();
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
注：
- 如果先声明了
class Building;还报错error: Invalid use of incomplete type，参考StackOverflow回答. - Building类的所有实现可以放在在GoodGay类的前面，也可以用头文件的形式。
4.4.3 成员函数做友元
示例代码：
#include
using namespace std;
#include
class Building;
class GoodGay
{
public:
GoodGay();
void visit(); // 让visit函数可以访问Building中私有成员
void visit2(); // 让visit2函数不可以访问Building中私有成员
Building *building;
};
class Building
{
friend void GoodGay::visit(); //声明 编译器GoodGay类下的visit函数 是友元
public:
Building();
public:
string m_SittingRoom;
private:
string m_BedRoom;
};
Building::Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
GoodGay::GoodGay()
{
building = new Building; //new什么数据类型就返回什么数据类型的指针
}
void GoodGay::visit()
{
cout << "visit 函数正在访问: " << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "visit 函数正在访问: " << building->m_BedRoom << endl;
}
void GoodGay::visit2()
{
cout << "visit2 函数正在访问: " << building->m_SittingRoom << endl;
//cout << "visit2 函数正在访问: " << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
//首先创建GoodGay对象，调用其构造函数，其中会new一个Building的对象，调用Building的构造函数，此时Building的构造中给该类的两个属性都附了一个初值，此时GoodGay对象就可以调用visit属性，访问Building中的属性。
GoodGay gg;
gg.visit();
gg.visit2();
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
4.5 运算符重载
4.6 继承
继承是面向对象三大特性之一
4.6.1 继承的基本语法
优点：减少重复代码
示例：
#include
using namespace std;
#include
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;
}
};
class Java: public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "Java学科视频" << endl;
}
};
class Python: public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "Python学科视频" << endl;
}
};
class Cpp: public BasePage
{
public:
void content()
{
cout << "C++学科视频" << endl;
}
};
void test01()
{
cout << "Java下载视频页面如下：" << endl;
Java ja;
ja.header();
ja.footer();
ja.left();
ja.content();
cout << endl;
cout << "Python下载视频页面如下：" << endl;
Python py;
py.header();
py.footer();
py.left();
py.content();
cout << endl;
cout << "C++下载视频页面如下：" << endl;
Cpp cc;
cc.header();
cc.footer();
cc.left();
cc.content();
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
class A: public B;
- A类称为子类（派生类）
- B类称为父类（基类）
注：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
继承方式有三种：
- 公共继承
- 保护继承
- 私有继承
![[Pasted image 20240103095153.png]]
示例：
#include
using namespace std;
#include
class Base1
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};
class Son1: public Base1
{
public:
void func()
{
m_A = 10; //公共继承，公共权限
m_B = 10; //公共继承，保护权限
//m_C = 10; //父类私有，不可访问
}
};
class Son2: protected Base1
{
public:
void func()
{
m_A = 1; // 保护继承，变为保护成员
m_B = 1; // 保护继承，变为保护成员
//m_C = 10; // 父类私有，不可访问
}
};
class Son3: private Base1
{
public:
void func()
{
m_A = 100; // 私有继承，变为私有成员
m_B = 100; // 私有继承，变为私有成员
//m_C = 10; // 父类私有，不可访问
}
};
void test01()
{
Son1 s1;
s1.m_A = 100;
// s1.m_B = 100; //公共继承，protected权限类外不能访问
}
void test02()
{
Son2 s2;
// s2.m_A = 100; // 保护继承，protected权限类外不能访问
// s2.m_B = 100; //保护继承，protected权限类外不能访问
}
void test03()
{
Son3 s3;
// s3.m_A = 100; // 私有继承，private权限类外不能访问
// s3.m_B = 100; //私有继承，private权限类外不能访问
}
int main()
{
test01();
test02();
test03();
return 0;
}
4.6.3 继承中的对象模型
问题：从父类继承过来的成员，哪些属于子类对象中
示例：
#include
using namespace std;
#include
class Base1
{
public:
int m_A;
protected:
int m_B;
private:
int m_C;
};
class Son: public Base
{
public:
int m_D;
};
void test01()
{
// 父类所有非静态成员属性都会被子类继承下去，但是编译器隐藏了，所以访问不到
// 但是确实被继承下去了，所以内存占用为16
cout << "size of son = " << sizeof(Son) << endl;
}
4.6.4 继承中构造和析构顺序
示例代码：
#include
using namespace std;
#include
class Base
{
public:
Base()
{
cout << "Base构造函数！" << endl;
}
~Base()
{
cout << "Base析构函数！" << endl;
}
};
class Son: public Base
{
public:
Son()
{
cout << "Son构造函数！" << endl;
}
~Son()
{
cout << "Son析构函数！" << endl;
}
};
void test01()
{
Base b;
cout << endl;
Son s;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
![[Pasted image 20240103103600.png]]
继承中的构造和析构顺序如下：
- 先构造父类，再构造子类，析构的顺序与构造的顺序相反
4.6.5 继承同名成员处理方式
问题：当子类与父类出现同名的成员，如何通过子类对象，访问到子类或父类中同名的数据呢？
- 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
示例代码：
#include
using namespace std;
#include
class Base
{
public:
Base()
{
m_A = 100;
}
void func()
{
cout << "base中的func调用" << endl;
}
int m_A;
};
class Son: public Base
{
public:
Son()
{
m_A = 200;
}
void func(int a)
{
cout << "Son中的func调用" << endl;
}
int m_A;
};
void test01()
{
Son s;
cout << "Son: m_A = " << s.m_A << endl;
cout << "Base: m_A = " << s.Base::m_A << endl; // 调用父类同名，加作用域
cout << endl;
s.func();
s.Base::func(100); // 调用父类同名，加作用域
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
总结：如果子类中出现和父类同名的成员函数，子类同名成员会隐藏掉父类所有同名成员函数，如果想访问到父类中被隐藏的同名成员函数，需要加作用域。
4.6.6 继承同名静态成员处理方式
问题：继承中同名的静态成员在子类对象上如何进行访问？
静态成员和非静态成员出现同名，处理方式一致
- 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;
#include
class Base
{
public:
Base()
{
m_A = 100;
}
static void func()
{
cout << "base中的static func()调用" << endl;
}
static void func(int a)
{
cout << "base中的static func(int a)调用" << endl;
}
static int m_A;
};
int Base::m_A = 100;
class Son:public Base
{
public:
static int m_A;
static void func()
{
cout << "Son中的static func()调用" << endl;
}
};
int Son::m_A = 200;
void test01()
{
Son s;
//通过对象访问
cout << "Son中m_A=" << s.m_A << endl;
cout << "Base中m_A=" << s.Base::m_A << endl;
cout << endl;
//通过类名访问
cout << "Son中m_A=" << Son::m_A << endl;
cout << "Base中m_A=" << Base::m_A << endl;
//第一个::代表通过类名方式访问，第二个::代表访问父类作用域下
cout << "Base中m_A=" << Son::Base::m_A << endl;
}
void test02()
{
//通过对象访问
Son s;
s.func();
s.Base::func();
cout << endl;
//通过类名访问
Son::func();
Son::Base::func();
Son::Base::func(100);
}
int main()
{
test01();
cout << "*******************" << endl;
test02();
return 0;
}
4.6.7 多继承语法
4.6.8 菱形继承
4.7 多态
4.7.1 多态基本概念
多态是c++面向对象三大特性之一，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
示例：
#include
using namespace std;
#include
class Animal
{
public:
// 虚函数
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 << "狗狗在说话" << endl;
}
};
//地址早绑定，在编译阶段确定函数地址
//如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要晚绑定
void doSpeak(Animal &animal) //Animal &animal = cat;
{
animal.speak();
}
void test01()
{
Cat cat;
doSpeak(cat);
Dog dog;
doSpeak(dog);
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
![[Pasted image 20240110104042.png]]
注：
- 函数重写和函数重载不一样，重写的函数返回值类型、函数名、参数列表都要完全相同。
动态多态满足条件：
- 有继承关系
- 子类重写父类的虚函数
动态多态使用：
- 父类的指针或者引用执行子类对象，参考doSpeak函数
4.7.2 多态原理剖析
示例：
#include
using namespace std;
#include
class Animal
{
public:
void speak()
{
cout << "动物在说话" << endl;
}
};
void test02()
{
//void speak()占1个字节
//改为virtual void speak()占8个字节，我的电脑显示8个，视频讲的是4个字节
cout << "size of Animal = " << sizeof(Animal) << endl;
}
int main()
{
test02();
return 0;
}
Animal内部结构：
![[Pasted image 20240103115600.png]]
Catl类内部结构：
![[Pasted image 20240103120039.png]]
- 当子类重写了父类的虚函数，子类中的虚函数表内部会替换成子类的虚函数地址，父类的不改变。
- 当父类的指针或者引用指向子类时，发生多态
Animal &animal = cat;
animal.speak();
注：可以用Vusial studio的命令提示符查看类的结构，验证一下。
4.7.3 多态案例一：计算器类
分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类
普通写法：
#include
using namespace std;
#include
class Calculator
{
public:
int getResult(string oper)
{
if(oper == "+")
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
else if(oper == "-")
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
else if(oper == "*")
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
void test01()
{
Calculator c;
c.m_Num1 = 10;
c.m_Num2 = 10;
cout << c.m_Num1 << "+" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("+") << endl;
cout << c.m_Num1 << "-" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("-") << endl;
cout << c.m_Num1 << "*" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("*") << endl;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
多态写法：
#include
using namespace std;
#include
class AbstractCalculator
{
public:
virtual int getResult()
{
return 0;
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
class Add: public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};
class Sub: public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
};
class Mul: public AbstractCalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
};
void test01()
{
//多态使用条件：父类指针或者引用，指向子类对象
AbstractCalculator *abc = new Add; //父类指针，指向new的对象
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
delete abc; //用完记得销毁
abc = new Sub;
abc->m_Num1 = 100;
abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
delete abc; //用完记得销毁
abc = new Mul;
abc->m_Num1 = 100;
abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
delete abc; //用完记得销毁
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
开闭原则：对扩展进行开放，对修改进行关闭。
多态的优点：
- 代码组织结构清晰
- 可读性强
- 利于前期和后期的扩展以及维护
总结：C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多。
4.7.4 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。
语法：virtual 返回值类型 函数名（参数列表）= 0;
当类中有了纯虚函数，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
示例：
#include
using namespace std;
#include
class Base
{
public:
//纯虚函数
virtual int func() = 0;
int m_Num1;
int m_Num2;
};
class Son1: public Base
{
public:
};
class Son2: public Base
{
public:
virtual int func()
{
cout << "func函数调用" << endl;
}
};
void test01()
{
//栈区和堆区都无法实例化对象
//Base b;
//new Base;
//Son1 s1; //子类没有重写，也是抽象类，无法实例化对象
Base *base = new Son2;
base->func();
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
4.7.5 多态案例二：制作饮品
饮品制作流程：煮水-冲泡-倒入杯中-加入辅料
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;
#include
class AbstractDrinking
{
public:
//纯虚函数
virtual int Boil() = 0;
virtual int Brew() = 0;
virtual int PourInCup() = 0;
virtual int AddSomething() = 0;
void makeDrink()
{
Boil();
Brew();
PourInCup();
AddSomething();
}
};
class Coffee: public AbstractDrinking
{
public:
virtual int Boil()
{
cout << "烧水" << endl;
}
virtual int Brew()
{
cout << "泡咖啡" << endl;
}
virtual int PourInCup()
{
cout << "倒入杯中" << endl;
}
virtual int AddSomething()
{
cout << "加牛奶和糖" << endl;
}
};
class Tea: public AbstractDrinking
{
public:
virtual int Boil()
{
cout << "烧水" << endl;
}
virtual int Brew()
{
cout << "泡茶" << endl;
}
virtual int PourInCup()
{
cout << "倒入杯中" << endl;
}
virtual int AddSomething()
{
cout << "加入柠檬" << endl;
}
};
void doWork(AbstractDrinking *abc)
{
abc->makeDrink();
delete abc; //内存释放
}
void test01()
{
doWork(new Coffee);
cout << endl;
doWork(new Tea);
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
4.7.6 虚析构和纯虚析构
多态使用时，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。解决方式：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构。
语法：
- 虚析构：
virtual ~类名(){} - 纯虚析构：
virtual ~类名() = 0;
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
虚析构和纯虚析构区别：
- 如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象。
虚析构示例：
#include
using namespace std;
#include
class Animal
{
public:
Animal()
{
cout << "Animal构造调用" << endl;
}
//虚析构
virtual ~Animal()
{
cout << "Animal析构调用" << endl;
}
//纯虚函数
virtual void speak() = 0;
};
class Cat: public Animal
{
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat构造调用" << endl;
m_Name = new string(name);
}
virtual void speak()
{
cout << *m_Name <<"小猫在说话" << endl;
}
~Cat()
{
if(m_Name != NULL)
{
cout << "Cat析构调用" << endl;
delete m_Name;
m_Name = NULL;
}
}
string *m_Name;
};
void test01()
{
Animal *animal = new Cat("Tom");
animal->speak();
//父类指针在析构时，不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，出现内存泄漏
//改为虚析构即可解决这个问题
delete animal;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
纯虚析构示例：
#include
using namespace std;
#include
class Animal
{
public:
Animal()
{
cout << "Animal构造调用" << endl;
}
//纯虚析构
// 纯虚析构需要声明实现，有纯虚析构函数的类也是抽象类，无法实例化对象
virtual ~Animal() = 0;
//纯虚函数
virtual void speak() = 0;
};
Animal::~Animal()
{
cout << "Animal纯虚析构调用" << endl;
}
class Cat: public Animal
{
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat构造调用" << endl;
m_Name = new string(name);
}
virtual void speak()
{
cout << *m_Name <<"小猫在说话" << endl;
}
~Cat()
{
if(m_Name != NULL)
{
cout << "Cat析构调用" << endl;
delete m_Name;
m_Name = NULL;
}
}
string *m_Name;
};
void test01()
{
Animal *animal = new Cat("Tom");
animal->speak();
//父类指针在析构时，不会调用子类中析构函数，导致子类如果有堆区属性，出现内存泄漏
//改为虚析构即可解决这个问题
delete animal;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
总结：
- 虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象
- 如果子类中没有堆区数据，可以不写虚析构或纯虚析构
- 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类
4.7.7 多态案例三：电脑组装
电脑主要组成部件为CPU、显卡、内存条。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，例如Intel厂商和Lenovo厂商。创建电脑类提供让电脑工作的函数，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。
![[Pasted image 20240103152417.png]]
#include
using namespace std;
#include
class CPU
{
public:
virtual void calculate() = 0;
};
class VideoCard
{
public:
virtual void display() = 0;
};
class Memory
{
public:
virtual void storage() = 0;
};
class Computer
{
public:
Computer(CPU *cpu, VideoCard *vc, Memory *mem)
{
m_cpu = cpu;
m_vc =vc;
m_mem = mem;
}
void work()
{
m_cpu->calculate();
m_vc->display();
m_mem->storage();
}
~Computer()
{
if(m_cpu != NULL)
{
delete m_cpu;
m_cpu = NULL;
}
if(m_vc != NULL)
{
delete m_vc;
m_vc = NULL;
}
if(m_mem != NULL)
{
delete m_mem;
m_mem = NULL;
}
}
private:
CPU *m_cpu;
VideoCard *m_vc;
Memory *m_mem;
};
class IntelCPU: public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "intel的cpu开始计算" << endl;
}
};
class IntelVideoCard: public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "intel的显卡开始计算" << endl;
}
};
class IntelMemory: public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "intel的内存条开始计算" << endl;
}
};
class LenovoCPU: public CPU
{
public:
virtual void calculate()
{
cout << "Lenovo的cpu开始计算" << endl;
}
};
class LenovoVideoCard: public VideoCard
{
public:
virtual void display()
{
cout << "Lenovo的显卡开始计算" << endl;
}
};
class LenovoMemory: public Memory
{
public:
virtual void storage()
{
cout << "Lenovo的内存条开始计算" << endl;
}
};
void test01()
{
//第一台电脑零件
CPU *intelCpu = new IntelCPU;
VideoCard *intelCard = new IntelVideoCard;
Memory *intelMem = new IntelMemory;
//创建第一台电脑
cout << "第一台电脑开始工作：" << endl;
Computer *computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
computer1->work();
delete computer1;
cout << endl;
//第二台电脑组装
cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;
Computer *computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
computer2->work();
delete computer2;
cout << endl;
cout << "第三台电脑开始工作：" << endl;
Computer *computer3 = new Computer(new IntelCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);
computer3->work();
delete computer3;
}
int main()
{
test01();
return 0;
}