C++核心编程

标签：类继承   定义类   return   数据持久化   自动分配   读懂它   public   回收   语法   

主要针对C++面向对象编程技术做详细讲解，探讨C++中的核心和精髓。

1.内存分区模型

C++程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域

• 代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理
• 全局区：存放全局变量和静态变量以及常量
• 栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等
• 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

内存四区意义：

不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期，给我们更大的灵活编程

1.1 程序运行前

在程序编译后，生成了exe可执行程序，未执行该程序前分为两个区域

代码区：

• 存放CPU执行的机器指令
• 代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可
• 代码区是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令

全局区：

• 全局变量和静态变量存放在此
• 全局区还包含了常量区，字符串常量和其他常量（const修饰的全局变量）也存放在此
• 该区域的数据在程序结束后由操作系统释放

1.2 程序运行后

栈区：

• 由编译自动分配释放，存放函数的参数值、局部变量等

注意事项：不要返回局部变量的地址，因为栈区开辟的数据由编译器自动释放

堆区

• 由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

在C++中主要利用new在堆区开辟内存

1.3 new操作符

C++中利用new操作符在堆区开辟数据

堆区开辟的数据，由程序员手动开辟，手动释放，释放利用操作符delete

语法：new 数据类型

利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型的指针

引用

2.1引用的基本使用

作用：给变量起别名

语法：数据类型 &别名= 原名

2.2 引用注意事项

• 引用必须初始化
• 引用在初始化后，不可以改变

2.3 引用做函数参数

作用：函数传参时，可以利用引用的技术让形参修饰实参

优点：可以简化指针修改实参

总结：通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单

2.4 引用做函数的返回值

作用：引用可以作为函数的返回值存在的

注意：不要返回局部变量音乐

用法：函数调用作为左值

2.5引用的本质

本质：引用的本质在C++内部实现一个指针常量

2.6 常量引用

作用：常量引用主要用来修饰形参，防止误操作

在函数形参列表中，可以加const修饰形参，防止形参改变实参

3 函数提高

3.1 函数默认参数

在C++中，函数的形参列表中的形参是可以有默认值的。

语法：返回值类型 函数名(参数 = 默认值){}

注意事项：

1. 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
2. 如果函数的声明有默认参数，函数实现就不能有默认参数。声明和实现只能有一个有默认参数

3.2 函数占位参数

C++中函数的形参列表里可以占位参数，用来做占位，调用函数时必须填补该位置

语法：返回值类型 函数名(数据类型){}

3.3 函数重载

3.3.1 函数重载概述

作用：函数名可以相同，提高复用性

函数重载满足条件：

• 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

注意：函数的返回值不可以作为函数重载的条件

3.3.2 函数重载注意事项

• 引用作为重载条件
• 函数重载碰到函数默认参数

4 类和对象

C++面向对象的三大特性为：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

4.1 封装

4.1.1 封装的意义

封装是C++面向对象三大特性之一

封装的意义：

• 将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物
• 将属性和行为加以权限控制

封装意义一：

? 在设计类的时候，属性和行为写在一起，表现事物

语法：class 类名{ 访问权限: 属性 / 行为};

示例：

#include 

using namespace std;

const double PI = 3.14;

class Circle
{

public:
    // 半径
    int m_r;

    //获取圆的周长
    double calculate()
    {
        return 2 * m_r * PI;
    }
};

int main()
{
    // 通过圆类 创建具体的圆
    Circle circle;
    circle.m_r = 10;
    cout 

封装意义二：

类在设计时，可以把属性和行为放在不同的权限下，加以控制

访问权限有三种：

1. public 公共权限 成员 类内可以访问 类外可以访问
2. protected 保护权限 成员 类内可以访问 类外不可以访问 儿子可以访问父亲中的保护内容
3. private 私有权限 成员 类内可以访问 类外不可以访问 儿子不可以访问父亲的私有内容

4.1.2 struct和class区别

在C++中struct和class唯一的区别就在于默认的访问权限不同

区别：

• struct默认权限为公共
• class默认权限为私有

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

4.2 对象的初始化和清理

• 生活中我们买的电子产品都基本会有出厂设置，在某一天我们不用时候也会删除一些自己信息数据保证安全
• C++中的面向对象来源与生活，每个对象也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++利用了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。

对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情，因此如果我们不提供构造和析构，编译器会提供编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。

• 构造函数：主要作用在于创建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：主要作用在于对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工作

构造函数语法：类名(){}

1. 构造函数，没有返回值也不写void
2. 函数名称与类名相同
3. 构造函数可以有参数，因此可以发生重载
4. 程序在调用对象时候会自动调用构造，无须手动调用，而且只会调用一次

析构函数语法：~类名(){}

1. 析构函数，没有返回值也不写void
2. 函数名称与类名相同，在名称前加上符号~
3. 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
4. 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

示例：

#include 

using namespace std;

class Person
{   
public:
    Person()
    {
        cout 

4.2.2 构造函数的分类及调用

两种分类方式：

• 按参数分为：有参构造和无参构造
• 按类型分为：普通构造和拷贝构造

三种调用方式：

• 括号法
• 显示法
• 隐式转换法

示例：

#include 

using namespace std;

class Person
{   
public:
    Person()
    {
        cout 

拷贝构造函数调用时机

C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况：

• 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
• 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 

4.2.4 构造函数的调用规则

默认情况下，C++编译器至少给一个类添加3个函数

1. 默认构造函数（无参，函数体为空）
2. 默认析构函数（无参，函数体为空）
3. 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++不在提供默认无参构造，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

深拷贝与浅拷贝

深拷贝是面试经典问题，也是常见的一个坑

浅拷贝：简单的复制拷贝操作

深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作

示例：

#include 

using namespace std;

class Person
{
public: 
    Person()
    {
        cout 

4.2.6 初始化列表

作用：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)...{}

4.2.7 类对象作为类成员

C++类中的成员是另一个类的对象，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的构造和析构的顺序是谁先谁后？

构造顺序：先构造其他类对象，再构造自身。

析构顺序：与构造顺序相反

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，成为静态成员

静态成员分为：

• 静态成员变量
  • 所有对象共享一份数据
  • 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

示例：

#include 

using namespace std;


class Person
{
public:
    static int a;

    static void func()
    {
        cout 

4.3 C++对象模型和this指针

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

4.3.2 this指针

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内的一种指针

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，可是用return *this

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

4.3.4 const修饰成员函数

常函数：

• 成员函数后加const后我们称为这个函数为常函数
• 常函数内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称该对象为常对喜爱那个
• 常对象只能调用常函数

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

4.5 运算符冲在

运算符重载概念：对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应不同的数据类型

4.5.1 加号运算符重载

作用：实现两个自定义数据类型相加的运算

#include 

using namespace std;

class Person
{
public:
    int a;
    int b;
};
// 全局函数重载
Person operator+(Person &p1, Person &p2)
{
    Person tmp;
    tmp.a = p1.a + p2.a;
    tmp.b = p1.b + p2.b;
    return tmp;
}

int main()
{
    Person p1;
    p1.a = 1;
    p1.b = 2;

    Person p2;
    p2.a = 1;
    p2.b = 2;

    cout 

左移运算符重载

void operator

递增运算符重载

作用：通过重载递增运算符，实现自己i的整型数据

4.5.4 赋值运算符重载

C++编译器至少给一个类添加4个函数

1. 默认构造函数（无参，函数体为空）
2. 默认析构函数（无参，函数体为空）
3. 默认拷贝构造函数、对属性进行值拷贝
4. 赋值运算符 opertator=，对赋值进行值拷贝

如果类中有属性指向堆区，做赋值操作时也会出现深浅拷贝问题

4.5.5 关系运算符重载

作用：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

4.5.6 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，因此称为伪函数
• 伪函数没有固定写法，非常灵活

4.6 继承

继承是面向对象三大特性之一

定义某些类时，下级别的成员除了拥有上一级的共性，还有自己的特性。利用继承的技术，减少重复代码。

4.6.1 继承的基本语法

语法：class 子类 : 继承方式 父类{}

4.6.2 继承方式

• 公共继承
• 保护继承
• 私有继承

父类私有方式，子类不管什么继承方式，都是继承不了

子类通过公共继承方式继承父类，那么父类的公共方式、保护方式都可以继承

子类通过保护继承方式继承父类，那么父类的保护方式可以继承

子类通过私有继承方式继承父类，那么父类所有的都继承不了

4.6.3 继承中的对象模型

问题：从父类继承过来的成员，那些属于子类对象？

结论：父类中私有成员也是被子类继承下去了，只是由于编译器给隐藏后访问不到

4.6.4 继承中的构造和析构顺序

子类继承父类后，当创建子类对象，也会调用父类的构造函数

问题：父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后？

结论：父类的构造比子类的构造先，子类的析构比父类的析构先

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

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

4.6.7 多集成语法

C++允许一个类继承多个类

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

C++实际开发中不建议用多继承

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

4.7 多态

4.7.1 多态的基本概念

多态是C++面向对象三大特性之一

多态分为两类

• 静态多态：函数重载 和 运算重载属于静态多态，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

动态多态使用：父类的指针或引用 执行子类对象

示例：

#include 

using namespace std;

class Animal
{
public:
    // 虚函数 
    virtual void speak()
    {
        cout 

4.7.2 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

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

#include 
using namespace std;

// 抽象类
class Base
{
public:
    // 纯虚函数
    virtual void func() = 0;
};

class Son : public Base
{
public:
    void func()
    {}
};

void test01()
{
    Son Son;
}


int main()
{

}

4.7.3 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

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

虚析构语法：

virtual ~类名(){}

纯虚析构语法：

virtual ~类名() = 0

类名::~类名(){}

总结：

1. 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
2. 如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构
3. 拥有纯虚析构函数的类也不属于抽象类

5 文件操作

程序运行时产生的数据都属于临时数据，程序一旦运行结束都会被释放

通过文件可以将数据持久化

C++中对文件操作需要包含头文件

文件类型分为两种：

1. 文本文件 - 文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中
2. 二进制文件 - 文件以文本的二进制形式存储在计算机中，用户一般不能直接读懂它们

操作文件的三大类：

1. ofstream：写操作
2. ifstream：读操作
3. fstream：读写操作

5.1 文本文件

5.1.1 写文件

写文件步骤如下：

1. 包含头文件

   #include

2. 创建流对象

   ofstream ofs;

3. 打开文件

   ofs.open("文件路径", 打开方式);

4. 写数据

   ofs

5. 关闭文件

   ofs.close();

文件打开方式：

模式标记	适用对象	作用
ios::in	ifstream fstream	打开文件用于读取数据。如果文件不存在，则打开出错。
ios::out	ofstream fstream	打开文件用于写入数据。如果文件不存在，则新建该文件；如果文件原来就存在，则打开时清除原来的内容。
ios::app	ofstream fstream	打开文件，用于在其尾部添加数据。如果文件不存在，则新建该文件。
ios::ate	ifstream	打开一个已有的文件，并将文件读指针指向文件末尾（读写指 的概念后面解释）。如果文件不存在，则打开出错。
ios:: trunc	ofstream	打开文件时会清空内部存储的所有数据，单独使用时与 ios::out 相同。
ios::binary	ifstream ofstream fstream	以二进制方式打开文件。若不指定此模式，则以文本模式打开。
ios::in | ios::out	fstream	打开已存在的文件，既可读取其内容，也可向其写入数据。文件刚打开时，原有内容保持不变。如果文件不存在，则打开出错。
ios::in | ios::out	ofstream	打开已存在的文件，可以向其写入数据。文件刚打开时，原有内容保持不变。如果文件不存在，则打开出错。
ios::in | ios::out | ios::trunc	fstream	打开文件，既可读取其内容，也可向其写入数据。如果文件本来就存在，则打开时清除原来的内容；如果文件不存在，则新建该文件。

注意：文件打开方式可以配合使用，利用|操作符

示例：

#include 
#include 

using namespace std;

void test01()
{
    ofstream ofs;

    ofs.open("test.txt", ios::out);

    ofs 

C++核心编程

标签：类继承   定义类   return   数据持久化   自动分配   读懂它   public   回收   语法   

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