c++高级功能学习笔记

面向对象的三大特征：封装+多态+继承

一、C++之封装上

1.c++类封装

(1) 原始类赋值：

N.name="myy";
N.age=10;

正确赋值，将赋值封装进类定义的函数，这样就可以对赋值内容进行是否合法限制

class Sudent
{
    public:
    void setAge(int_age)
    {
        if(int_age>0&&int_age<100)
        {
            age=int_age;
        }
        else{...}
    }
};

(2) 若希望内部内容只被读取而不被改变–只读属性

class Car
{
    public:
        int get_num(){return num;}
    private:
        int num;

};

2. 内联函数和类内定义

关键字：inline
inline void fun {cout<<“Hello”<<endl;}
Inline函数省去了编译时函数调用的步骤，使编译更高效，但仅限于结构简单的函数，复杂函数编译器拒绝执行inline。
类内定义
- 类内定义：将函数声明及定义写在类内，对于简单函数会相同。

3.构造函数初始化及定义

//.h中声明
class Car
{
    public:
    Car(int num=1, string name="BMW");
};
//.cpp中定义，num, na

me 不用再初始化
Car::Car(int num, string name):n_num(num), n_name(name){}

4. 拷贝构造函数

当我们对自定义类进行拷贝操作时，不会重新调用构造函数，而是调用编译器自动生成的拷贝构造函数（如果没有自定义拷贝构造函数的话）。
如果想自己构造拷贝构造函数，格式如下：
定义格式：类名（const类名&变量名）
如果没有自定义拷贝构造函数，系统会自动生成一个默认的。
构造函数分类：
- 无参构造函数
  - 默认构造函数
- 有参构造函数
  - 参数带默认值
  - 参数无默认值
代码示例：

//.h声明
  class Teacher
  {
      public:
      Teacher (string name="Jim", int age=1);
      Teacher(const Teacher &tea)();//拷贝构造
      int age;
      string name;
  };
  //Teacher.cpp
   Teacher::Teacher(const Teacher &tea)
   {}
  //main.cpp使用
  //*拷贝构造在参数传递的使用中也能用到，代码示例test函数，内部的变量定义t生成时用的拷贝构造函数
  int main()
  {
    Teacher t1;
    Teacher t2=t1;
    Teacher t3(t1);
    return 0;
  }

拷贝构造函数还会以参数传递的方式进行使用

void test(Teacher t)//
  {

  }
  int main(void)
  {
      Teacher t1;
      tes(t1);//此操作使用了拷贝构造函数。
  }

二、C++封装下

2.1 对象数组

int main(void)
{
    Teacher t[3];
    t[3].name="lisa";//从栈中建立对象数组
    Teacher *p=new Teacher[3];
    p[0].name="Lisa";
    p[1].name="Tom";
    p[2].name="Jane";
    delete []p;//从堆中建立对象数组
    p=NULL;//p++即指向下一个对象元素，但是切记delete时，p的位置要回到第一个数组元素位置那。另外，P最后要指向NULL。
}

2.2 对象成员

2.3 深拷贝与浅拷贝

(1) 浅拷贝：对于非指针类型，直接拷贝值；对于指针类型，拷贝指针的值，而非指针指向的值，该种情况会造成程序崩溃。
(2) 深拷贝：对于指针类型的值，新建一个指针，并将待拷贝元素指针所指向的值拷贝过来。

代码示例

//浅拷贝，无指针参数
class Array
{
  public:
  Array()；
  Array(const Array &a)
  {
      m_ix=a.m_ix;
      m_iy=a.m_iy;
  }
  private:
  int m_ix;
  int m_iy;
}

//深拷贝，带指针拷贝
class Array
{
  public:
  Array()
  {
    m_iCount=5;
    m_iP=new int[m_iCount];
  }
  Array(const Array &a)
  {
      m_iCount=a.m_iCount;
      m_iP=new int[m_iCount];
      for(int i=0;i<m_iCount;i++)
      {
        m_iP[i]=a.m_iP[i];
      }//将指针所指向的内容进行拷贝
  }
  private:
  int* m_iP;
  int m_iCount;
}

2.4 this指针–类变量的地址

(1) 传入的参数和类的数据成员不能重名，否则报错；

Array(int len){this->len=len;}//这样就可以实现

2.5 const 使用-带有const的，就不允许改变成员变量

(2) 常成员函数

函数不能对数据成员进行修改；
常量构造函数，赋值只能用初始化列表方式
- const Array::Array(int a):num(a){}
格式： void change() const;
重载： void change(); void change() const；互为重载函数，当变量定义为常量时，则调用常量函数，斗则调用普通函数。
const 函数重载目的是为了防止用户自定义一个const类，然后再调用类函数时出错，所以做的一个备用完善。如果用户不需要类const，则不需要该代码

2.6 常指针与常引用

(1) 常指针

一般函数的this指针要求同时具有读和写权限，然而加const的变量只能有读权限，所以const变量调用函数时会有冲突报错，即使调用的函数不会改变成员变量的值，也因为有潜在风险，毕竟编译器不知道你在函数里定义了哪些操作，所以统统报错，只有函数后面加上const时，保证自己不会修改变量，此时编译器才不会报错。

(2) 易混淆情况：

const Array *p=&n;
Array * const p1=&n;
以上两个const指针含义不同，第一个是指指针指向的变量是常成员变量，该变量不能再进行修改值的操作；而第二个定义的是常指针，即指针不能再指向其他变量。

(3) 常引用：
Array c1(2);
const Array &c2=c1;
此时c2是c1的别名，但是与c1不同的是，c2只有只读权限。

三、继承篇

3.1 继承篇

前提：要继承的类，要完全包含于父类。子类只需要再补充自己特有的函数即可。（基类->派生类）
内存关系：子类的内存等于父类的内存大小加上自己的特有的函数的内存大小。
语法：

class Worker : public Person
  {
  
  };

在一个类中调用别的类，析构时先析构该类，再析构调用的类，类似层层剥茧；
而析构一个继承了父类的子类时，要先析构子类，再析构父类，类似从尾到源式顺序。

3.2 三种继承

(1) 共有继承 class A：public B
(2) 保护继承 class A: protected B
(3) 私有继承 class A: private B

公有继承
- 父类的保护成员，可以被保护式的继承给子类，但是外部对象不可访问；
- 父类的私有成员，不可被继承，因为无法访问。
保护继承
- 父类的公有成员和保护成员，都会被子类继承为保护成员
- 私有成员同上
私有继承
- 父类的公有和保护成员，会被子类继承为私有成员；
- 私有成员不被继承\

(4) has a 关系，不同于is a; 私有继承也是一种has a 关系

3.3 隐藏

父子关系
成员同名
隐藏：当子类有与父类同名的函数或者数据变量时，定义的子类对象调用时会调用子类里的函数。而如果想要调用父类的变量时，格式为

m.setName();//子类对象
m.FL::setName();

对于隐藏的两个对象，不会因为是否传入参数不同而形成重载，调用父类函数，只能用隐藏的语法。
小知识补充：
#include “”，用双引号则编译器会从文件目录去找头文件；如果用<>，则编译器会从安装包里包含的文件库找头文件。
派生类可以赋值给基类，但是基类不能赋值给派生类。
当子类给父类对象初始化时，父类只能接收两者共同部分的函数和数据值，对于子类独有的函数，父类不能被初始化
当父类的指针指向子类对象时，也只能访问到两者的公共部分，而不能访问到子类独有的部分

3.4 多继承和多重继承

（1）多重继承：多代继承
（2）多继承：一个子类有多个父类
代码示例

class Worker{};
class Farmer{};
class MirgrantWorker:public Worker, public Farmer{};

(3) 菱形继承
类A
| |
类B 类C
| |
类D

类D中由于继承可能会有两份类A，造成不必要的内存占用，如何避免内存开销?-虚继承
解决办法：
class B:virtual public A;
class C:virtual public A;
class D:public B,public C

四、多态

4.1 虚函数–静态多态VS动态多态

多态形式是父类指针指向子类对象，所以如果子类中有指针数据成员，那个在子类构造时会申请一块内存。父类在析构时并不能析构子类的内容，会造成内存泄漏，所以父类需要虚析构函数
（继承特性：如果delete父类指针，则只会销毁父类的函数；而delete子类指针，则父类和子类定义都会被销毁）
(1) 静态多态（早绑定）：同一对象收到相同的消息却产生不同的函数调用，一般通过***函数重载***来实现，在编译时就实现了绑定，属于早绑定。

(2) 动态多态（晚绑定）：不同对象在收到相同消息时产生不同的动作，一般通过虚函数来实现，只有运行时才能实现绑定，属于动态绑定，一般通过函数覆盖来实现。

(3) 覆盖： 虚函数允许子类重新定义成员函数，而子类重新定义父类的做法称为覆盖。若不是虚函数，仅父类和子类有同样函数，是为隐藏。

4.2 虚析构函数

(1) 动态多态在父类指针释放子类对象时造成内存泄漏，为了防止而在父类中使用虚析构函数。

(2) 根据VS2019实践，即使子类对象中没有指针类型，只要使用了多态，析构函数就得用virtual;

(3) 虚函数可被继承，当子类中定义的函数与父类中虚函数声明相同时，该函数就是虚函数；
(4) virtual使用注意事项：

普通函数不能使用，即不在类中的函数；
static 静态成员函数不能使用。
不能使用内联函数，会被编译器视为纯虚函数；
构造函数不能为虚函数\

(5) 虚函数与虚析构函数原理

父类存在一个虚函数指针，指向一个虚函数表，在表中存有各虚函数的地址。因此开始执行时，当执行到虚函数，编译器会从虚函数表中找虚函数地址；对于在子类中覆盖的虚函数，子类也存在一个虚函数表，只不过对应位置上的指针地址改为子类所覆盖的函数地址。虚析构函数同理。
寻址过程类似如下：
shape
|vftable|–>|…|
|m_iEdg| |calcArea_ptr|–>|calcArea|
|m_dRR|\

(6) 代码证明虚函数表的存在
概念说明

对象的大小：类里定义的函数不占内存大小，只有数据成员占内存。对于没有任何数据成员的对象，为表示其存在，编译器给其内存大小为1；对于存在一个int型的对象，其内存占用大小为int型大小4字节。
对象的地址：——
对象成员的地址：在对象地址的头部开始
虚函数表的指针: 在有虚函数情况下，实例化一个对象时，对象占用内存的第一块就是虚函数表的指针，占据内存大小4字节，然后依次是该对象的数据成员。
如果子类没有覆盖父类的虚函数，则两张虚函数表中，某一虚函数指针指向同一个函数。

4.2纯虚函数和抽象类

（1）定义：只有函数声明，没有定义，且声明后加等于0；

格式：

virtual double calcPerimeter()=o;//纯虚
virtual double calcArea(); //虚函数

（2）虚函数表中，表指针指向的纯虚函数值为0；而虚函数则指向一个具有实际意义的函数。
（3）抽象类： 含有纯虚函数的类叫做抽象类

由于含有纯虚函数原因，抽象类无法实例化对象；
抽象类的子类，如果没有定义父类的纯虚函数，那么它也是抽象类，无法进行实例化；
（4）**接口类：**仅含有纯虚函数的类称为接口类
及没有数据成员，只有纯虚函数；
实际使用中，接口类更多用于表达一种能力或协议。
比如父类定义了一些函数特性，那么子类必须实现这些函数，才从概念上说明子类属于父类。
Note that:
- 抽象函数中只有纯虚函数，没有数据成员，构造函数和析构函数。
- 接口类最常见用法是在定义全局函数时限制输入对象的类型，但是传入的所有数据都可以安全调用抽象类的纯虚函数，因为肯定已经被定义过了。
- 可以使用接口类指针指向子类对象来实例化一个对象，并调用子类中实现的接口类中的纯虚函数。

void flyMatch(Flyable *a, Flyable *b)
{
  a->takeOff();
  a->land();
  b->takeOff();
  b->land();
}

ctrl+k+u去掉注释;
ctrl+k+c加注释

4.3 RTTI(Run-Time Type Identification)-运行时类型识别

RTTI的作用就是需要对对象成员进行动态判断时，用关键字来确定对象的动态类型。如引入的是父类类型指针指向的子类对象，但是继承父类的子类有很多，需要实时的根据不同的子类执行不同的操作，此时就需要RTTI了
（1）关键字：dynamic_cast,以下是其注意事项：

只能应用于指针和引用的转换；
要转换的类型中必须包含虚函数；
转换成功返回子类地址，失败返回NULL；
（2）关键字: typeid，以下是其注意事项：
type_id返回一个type_info对象的引用；
如果想通过基类指针获得派生类的数据类型，基类必须带有虚函数
只能获取对象的实际类型。
（3）示例代码

void doSomething(Flyable *obj)//需要转换的只能是指针
{
  if(typeid(*obj)==typeid(Bird))
  {
    Bird *b=dynamic_cast<Bird *>(obj);//要转换的类型中必须包含虚函数，子类继承父类的函数也是虚函数
  }
  if(typeid(*obj)==typeid(Plane))
  {
    Plane *p=dynamic_cast<Plane*>(obj);//如果想通过基类指针获得派生类数据类型，基类必须带有虚函数
  }
}

4.4 C++异常处理

对可以预见的错误进行相应的处理，否则交由编译器处理的话会直接造成程序崩溃。
（1）关键字：try…catch… throw

说明：try.catch：将主逻辑放在try块里，异常处理模块放在catch里。
在main函数中，用try,catch块进行异常捕获
常见的异常有：数组溢出+除数为0+内存不足
（2）实践：可以通过定义父类作为接口，然后接受各种子类异常。

五、模板

5.1 友元函数和友元类

（1）友元全局函数：函数定义在全局，且在类中声明为友元，则在该函数中可以调用类的private成员；
（2）友元成员函数：定义在类A中，且在类A的定义前要加入“class B;”，以告知编译器不需要报错。该函数需要在另一个类B中声明为其友元函数，且在B中需要Include 类A的头文件。形式为

#include "A_class.h"
class B_class
{
public:
friend void A_class::printA(B_class &t);
...
};

(3)友元类：与友元函数类似，只需在类里面声明即可。形式为：

class Circle;
class Coordinate
{
  friend Circle;
  public:
  ...
};

将Circle定义为友元类后，我们就可以在circle类中定义coordinate的对象，通过该对象，调用其私有数据类型和私有函数。
（4）

友元关系不可传递；
友元关系单向；
友元声明的形式及数量不受限制
友元只是封装的补充，不推荐用，因为减弱了类的封装性。

5.2 类中static

应用场景：一个公司的系统，每新建一个用户，统计用户的num变量就++, num变量不依赖新用户或旧用户的生成或消失而生成或消失，但是却会因为新建一个用户而加一，注销一个用户而减1。外界可以随时调用静态成员查看num值。它依赖类存在而存在，不依赖对象存在而存在。
静态数据成员
- 注意事项：必须初始化；
- 可被非静态和静态函数均可调用。

静态成员函数

注意事项：不能调用非静态数据成员；
形式：

class A
{
  public:
  A(){num++;}
  ~A(){num--;}
  static num;
  static getNum{return num;}
};
int A::num=0;

调用静态函数和静态成员时形式:

//方式一
int main(void)
{
  cout<<A::getNUm()<<endl;
  cout<<A::num<<endl;
}
//方式二
int main()
{
  A a;
  cout<<a.num<<endl;
  cout<<a.getNm<<endl;
}

5.3 运算符重载

（1）关键字：operator; 包括一元运算符重载、二元运算符重载等
（2）以一元运算符（只需与一个变量进行运算）重载的-(负号)、++两个符号为例；

-（负号）的重载：友元函数重载+成员函数重载
-负号函数重载代码示例

//成员函数重载
class coordinate
{
  public:
  coordinate();
  ~coordinate();
  coordinate & operator-()
  {
    m_x=-m_x;
    m_y=-m_y;
  }
  private：
  int m_x;
  int m_y;
};
//友元函数重载
class coordinate
{
  friend coordinate & operator-(coordinate &c);
  {
    m_x=-m_x;
    m_y=-m_y;
  }
  public:
  coordinate();
  ~coordinate();
  private：
  int m_x;
  int m_y;
};
//friend function realization
//coordinate..cpp
coordinate & operator-(coordinate &c)
{
  c.m_x=-c.m_x;
  c.m_y=-c.m_y;
  return c;
}

++符号重载示例

首先讲述一下，前置++，“++a”，表示本次操作结束后，a的值比原来大一；后置++，“a++”，表示的是本次执行结束后a的值不变，但是一旦执行下一条指令时a就会加一，值比原来大1。
编译器为了区分这两种++,在指令传入时有所不同，这点需仔细对比两者代码。
变量的返回也有不同，比如函数定义时，是否加引用&符号。
以下编程示例中会着重讲解，需要认真理解。

//前置++
class Coordinate
{
public:
  Coordinate& operator++()
  {
    ++m_x;
    ++m_y;
    return *this;
  }
};
//后置++
class Coordinate
{
public:
  Coordinate operator++(int)
  {
    Coordinate old(*this)//复制传入的变量值
    ++(this->m_x);
    ++(this->m_y);
    return old;//也就是说本次执行返回变量未加一之前的值；等下一个使用该变量的代码使用时，变量才变为原来的+1值。
  }
};

(3) 二元运算符重载：成员函数重载和友元函数重载

第一个典型例子是+号的重载（友元和成员函数都可进行重载）
成员函数+号重载

class Coordinate
{
  public:
    Coordinate(int x,int y);
    Coordinate operator+(const Coordinate &coor)//this指针表示+号左边值；coor为传入+右边值，但是返回一个新值给等号左边。传入的值为了保险起见，不能改变其值大小，所以加const.
    {
      Coorfinate m;
      m.m_x=this->m_x+coor.m_x;
      m.m_y=this->m_y+coor.m_y;
      return m;
    }
  private:
    int m_x;
    int m_y;  
};

友元函数+号重载

class Coordinate
{
  friend Coordinate operator+(const Coordinate &coor1,const Coordinate &coor2)
  {
    Coordinate m;
    m.m_x=coor1.m_x+coor2.m_x;
    m.m_y=coor1.m_y+coor2.m_y;
    return m;
  }
  public:
    Coordinate(int x,int y);  
  private:
    int m_x;
    int m_y;  
};

//main.cpp
int main()
{
  Coordinate p1(2,3);
  Coordinate p2(3,4);
  Coordinate p3(0,0);
  p3=p1+p2;
  return 0;
}

“<<”输出运算符重载（只能友元函数重载）
- 成员函数不可进行重载的原因:因为重载函数中首个参数必不包含对象的this指针，而是外部的cout的oostream类型引用，所以一定不能用成员函数进行重载。
- 友元函数重载

class Coordinate
{
  friend ostream& operator<<(ostream &out, const Coordinate &coor)
  {
    out<<coor.m_x<<","<<coor.m_y;//该部分与cout形式一样
    return out;//务必要返回
  }
  public:
    Coordinate(int x,int y);  
  private:
    int m_x;
    int m_y;  
};

//main.cpp
int main()
{
  Coordinate coor(3,5);
  cout<<coor;
}

[]索引运算符（只能成员函数进行重载）该重载的更多运用在数组上
- 因为索引的第一个参数一定是对象的this指针，而不能是别的，所以不能用友元函数进行重载
- 成员函数重载代码实现：

class Coordinate
{
  public:
    Coordinate(int x,int y);  
    int operator[](int index)
    {
      if(index==0)
      {return m_x;}
      if(index==1)
      {return m_y;}
    }
  private:
    int m_x;
    int m_y;  
};

//main.cpp
int main()
{
  Coordinate c(3.5);
  cout<<c[0];
  cout<<c[1];
  return 0;
}

5.4 模板函数与模板类

(1) 为什么要引入模板？
对于只有参数类型不同，其他均相同的函数，为了定义方便，将参数类型作为变量传入函数模板.
(2) 关键字：template typename class(typename 和 class可以混用)
(3)计算机中，如果仅仅写出函数模板，而没有使用它，那么计算机是不会产生任何代码数据。只有当去使用函数模板才会产生实际代码
(4) 函数模板及其语法

类型作为模板参数

  template<class T>
  T max(T a, T b)//注意term name:函数模板
    {
      return(a>b)?a:b
    }

  //使用
  int main()
  {
    int m=max(100,90);//编译器可以自动根据检测到的数据类型进行计算；
    //term name:模板函数
    char n=max<char>('A','B');//也可以自己强制生成
  }

常量值作为模板参数；需要注意的是不能使用浮点数，类，指针等作为模板参数，而且必须是确定的值，不能是变量。

template<int size>
void display()
{
  cout<<size<<endl;
}
//使用
int main()
{
  display<10>();
}

多参数函数模板

template<typename T,typename C>
void display(T a, C b)
{
  cout<<a<<""<<b<<endl;
}

template<class A, int size>//这部分决定了函数在使用时要给出的类型和变量值的结构形式
void max(A a)//该部分决定了函数括号内部的结构
{
  if(a>size)
  {
    cout<<a<<endl;
  }
  else
  {
    cout<<size<<endl;
  }
}
//使用
int main()
{
  int a=3; 
  char str='A';
  display<int,char>(a,str);//将声明的都指定出来即可
  max<int,5>(a);
}

函数模板与重载
- 函数名相同，但输入类型不同的函数模板不是函数重载，因为在未使用之前，它们不会在内存中生成任何代码，只有在使用的时候，生成了代码，才会形成重载

tempplate <typename T>
void display(T a);

tempplate <typename T,int size>
void display(T a);

tempplate <typename T>
void display(T a, T b);

(5) 类模板：适用于编写数据结构相关代码

必须在头文件中全部定义，无法做到.cpp/.h分别编译；
类模板外部定义的成员函数，每一个前面都需要加上模板<>声明。
语法

template<class T>
class MyArray
{
  public:
    void display(){...}//类内定义成员函数，与普通类无不同
    void setName(T mm);
    T Add(T a, T b);
    private:
    T *m_pArr;
};
template<class T>
void MyArray<T>::setName(T mm)//每一个函数都需要重申一次
{...}

template<class T>
T MyArray<T>::Add(T a, T b)
{...}

//使用时
int main()
{
  MyArray<int> arr;
}

情况二

template<class T, int KSize>
class MyArray
{
  public:
    void display(){...}//类内定义成员函数，与普通类无不同
    void setName(T mm);
    T Add(T a, T b);
    private:
    T *m_pArr;
};
template<class T, int KSize>
void MyArray<T,KSize>::setName(T mm)//每一个函数都需要重申一次
{...}

template<class T, int KSize>
T MyArray<T,KSize>::Add(T a, T b)
{
  a=b+KSize;
  return a;
}

//使用时
int main()
{
  int a=3;
  int b=4;
  MyArray<int,10> arr;
  arr.Add(a,b);//Add函数不需要再加<>类型声明
}

5.5 标准模板类

（1）vector

vector v3(n,i);//含义为包含n个值为i的元素
vector v1(v3);//复制了一个v3
常用函数

  empty()//返回是否为空
  begin()//返回首个元素
  end()//返回末元素的下一个元素
  clear()//清空向量
  front()//第一个数据
  back()//最后一个数据
  size()//返回大小
  push_back()//将数据插入向量尾
  pop_back()//删除向量尾部数据

迭代器 iterator
借助迭代器可以实现标准模板内部的遍历
迭代器定义的元素一使用时一定要加, 这样才表示前迭代器所指向的元素*

vector<string> vec;
vec.push_back('A');
vector<string>::iterator cite = vec.begin();
for(; cite!=vec.end();cite++)
{
  cout<<*citer<<endl;//
}

（2）链表

链表的遍历只能通过iterator进行，不能使用普通的for循环
插入速度大于向量

（3）map 映射

key-value
使用方法

  map<int,string> m;
  pair<int, string> p1(10,"shanghai");
  pair<int, string> p2(20,"beijing");
  m.insert(p1);
  m.insert(p2);
  cout<<m[10]<<endl;
  cout<<m[20]<<endl;

map的输出有两种方法，其中迭代器法需要注意。
例子2

  map<string, string> m;
  pair<string, string> p1("S","shanghai");
  m.insert(p1);
  cout<<m["S"]<<endl;//
//只能用迭代器遍历，且元素输出要注意
  map<string, string>::iterator ite=m.begin();
  for(; ite<m.end();ite++)
  {
    cout<<ite->first<<endl;//键值
    cout<<ite->second<<endl;//value
  }

总结：

类中可能定义的基本函数：
- 构造、析构函数；
- 拷贝构造函数（深/浅拷贝）；//查询
- const等其他函数重载；
- 静态变量&静态函数；
- 虚函数/纯虚函数；(虚函数用于继承中的覆盖(有指针变量的话需要虚析构函数)纯虚函数用于做接口类型的类，是多个子类的父类，没有析构和构造函数)；
- 运算符重载函数；

posted on 2019-12-02 20:47 Nancy_Fighting 阅读(366) 评论(0) 编辑收藏举报

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