C++程序设计：核心编程

本节主要针对C++==面向对象==编程技术做详细讲解，探讨C++中的核心和精髓。

一、内存分区模型

C++程序在执行时，将内存划分为4个区域

  • 代码区：存放程序的二进制代码，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

内存四区的意义：

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

在编译程序后，生成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

  • 全局区中还包含了常量（字符串常量和const修饰的全局变量）

  • ==该区域的数据在程序结束后由操作系统释放==

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

// 全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

// const修饰的局部变量（全局常量）
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main() {
    // 静态变量
    static int s_a = 10;
    static int s_b = 10;

    // 局部变量
    int a = 10;
    int b = 10;

    // const修饰的局部变量
    const int c_l_a = 10;
    const int c_l_b = 10;


    cout << "  全局变量g_a地址为：" << (int)&g_a << endl;
    cout << "  全局变量g_b地址为：" << (int)&g_b << endl;

    cout << "  静态变量s_a地址为：" << (int)&s_a << endl;
    cout << "  静态变量s_b地址为：" << (int)&s_b << endl;

    cout << "   字符串常量地址为：" << (int)&"hello world" << endl;
    cout << "   字符串常量地址为：" << (int)&"hello world1" << endl;

    cout << "全局常量c_g_a地址为：" << (int)&c_g_a << endl;
    cout << "全局常量c_g_b地址为：" << (int)&c_g_b << endl;

    cout << "    局部变量a地址为：" << (int)&a << endl;
    cout << "    局部变量b地址为：" << (int)&b << endl;

    cout << "局部常量c_l_a地址为：" << (int)&c_l_a << endl;
    cout << "局部常量c_l_b地址为：" << (int)&c_l_b << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

打印结果：

1545017602518

总结：

  • C++中在程序运行前分为代码区和全局区
  • 代码区特点是共享和只读
  • 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
  • 常量包括字符串常量和const修饰的全局变量

1.2、程序运行后

1.2.1、栈区

特点：

  • 由操作系统自动分配和释放，存放函数的参数值，局部变量等

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

int* func() {
    int a = 10;
    return &a;
}

int main() {
    int* p = func();

    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

注：不要返回局部变量的地址，因为栈区中的数据在函数调用结束后就会被操作系统释放

1.2.2、堆区

特点：

  • 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

  • 在C++中主要利用new在堆区开辟内存

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

int* func() {
    int* a = new int(10);
    return a;
}

int main() {
    int *p = func();

    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;
    
    system("pause");
    return 0;
}

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==

利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型的指针

语法： new 数据类型

示例1： 基本语法

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#include<iostream>
using namespace std;

int* func() {
    int* a = new int(10);
    return a;
}

int main() {
    int *p = func();

    cout << *p << endl;
    cout << *p << endl;

    //利用delete释放堆区数据
    delete p;

    //cout << *p << endl; //报错，释放的空间不可访问

    system("pause");
    return 0;
}

示例2：开辟数组

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#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
    //在堆区开辟数组
    int* arr = new int[10];

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        arr[i] = i + 100;
    }

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        cout << arr[i] << endl;
    }

    //释放数组 delete 后加 []
    delete[] arr;

    system("pause");
    return 0;
}

二、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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10;
    int& b = a;

    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;

    b = 100;

    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10;
    int b = 20;

    //int &c; //错误，必须初始化引用

    int &c = a; //一旦初始化后，就不可以更改
    //int& c = b; //错误，多次初始化

    c = b; //这是赋值操作，不是更改引用

    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "c = " << c << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//1. 值传递
void mySwap01(int a, int b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//2. 地址传递
void mySwap02(int* a, int* b) {
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

//3. 引用传递
void mySwap03(int& a, int& b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int a = 10;
    int b = 20;

    mySwap01(a, b);
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;

    mySwap02(&a, &b);
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;

    mySwap03(a, b);
    cout << "a:" << a << " b:" << b << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

总结：通过传引用产生的效果，同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单

2.4、引用做函数返回值

作用：引用可以作为函数的返回值，可使函数调用作为左值

注意：不要返回局部变量引用

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#include<iostream>
using namespace std;

//返回局部变量引用
int& test01() {
    int a = 10; //局部变量
    return a;
}

//返回静态变量引用
int& test02() {
    static int a = 20;
    return a;
}

int main() {
    //不能返回局部变量的引用
    int& ref = test01();
    cout << "ref = " << ref << endl;
    cout << "ref = " << ref << endl;

    int& ref2 = test02();
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl;

    //如果函数做左值，那么必须返回引用
    test02() = 1000;
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl;
    cout << "ref2 = " << ref2 << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

2.5、引用的本质

**本质：**c++内部实现的一个指针常量

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

void func(int& ref) {
    ref = 100; // ref是引用，转换为*ref = 100
}

int main() {
    int a = 10;

    //自动转换为 int* const ref = &a; 指针常量，指针指向不可改，也说明为什么引用不可更改
    int& ref = a;

    //内部发现ref是引用，自动帮我们转换为: *ref = 20;
    ref = 20;
    cout << "a:" << a << endl;
    cout << "ref:" << ref << endl;

    //内部发现是引用，转换为 int* const ref = &a;
    func(a);
    cout << "a:" << a << endl;
    cout << "ref:" << ref << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

结论：C++推荐用引用技术，因为语法方便。引用本质是指针常量，所有的指针操作编译器都默默帮我们做了

2.6、常量引用

在函数形参列表中，可以加==const修饰形参==，防止形参改变实参

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#include<iostream>
using namespace std;

//常量引用使用的场景，通常用来修饰形参
void showValue(const int& v) {
    //v += 10;
    cout << v << endl;
}

int main() {
    //int& ref = 10;  引用本身需要一个合法的内存空间，因此这行错误
    //加入const就可以了，编译器优化代码，int temp = 10; const int& ref = temp;
    const int& ref = 10;

    //ref = 100;  //加入const后不可以修改变量
    cout << ref << endl;

    //函数中利用常量引用防止误操作修改实参
    int a = 10;
    showValue(a);

    system("pause");
    return 0;
}

三、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）{}

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

int func(int a, int b = 10, int c = 10) {
    return a + b + c;
}

//注意事项：
//1. 如果某个位置的参数有默认值，那么从这个位置往后，从左向右，所有的参数都必须要有默认值
//2. 如果函数声明有默认值，函数实现的时候就不能有默认参数
int func2(int a = 10, int b = 10);
int func2(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    cout << "ret = " << func(20, 20) << endl;
    cout << "ret = " << func(100) << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

3.2、函数占位参数

C++中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

语法： 返回值类型 函数名 (数据类型){}

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//函数占位参数 ，占位参数也可以有默认参数
void func(int a, int) {
    cout << "this is func" << endl;
}

int main() {
    func(10,10); //占位参数必须填补

    system("pause");
    return 0;
}

3.3、函数重载

3.3.1、实现方法

**作用：**函数名可以相同，提高复用性

实现函数重载，需要同时满足以下条件：

  • 同一个作用域下
  • 函数名称相同
  • 函数参数类型不同 （或个数不同 或 顺序不同）

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#include<iostream>
using namespace std;
//函数重载，需要函数都在同一个作用域下

//参数类型不同
void func() {
    cout << "func 的调用！" << endl;
}

void func(int a) {
    cout << "func (int a) 的调用！" << endl;
}

void func(double a) {
    cout
 << "func (double a)的调用！" << endl;
}

//参数个数不同
void func(int a, double b) {
    cout << "func (int a ,double b) 的调用！" << endl;
}

//参数顺序不同
void func(double a, int b) {
    cout << "func (double a ,int b)的调用！" << endl;
}

//函数返回值不可以作为函数重载条件
//int func(double a, int b)
//{
//  cout << "func (double a ,int b)的调用！" << endl;
//}

int main() {
    func();
    func(10);
    func(3.14);
    func(10, 3.14);
    func(3.14, 10);

    system("pause");
    return 0;
}

注意: 函数的返回值不可以作为函数重载的条件

3.3.2、注意事项

  • 引用作为重载条件
  • 函数重载碰到函数默认参数

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//1、引用作为重载条件
void func(int &a) {
    cout << "func (int &a) 调用 " << endl;
}

void func(const int &a) {
    cout << "func (const int &a) 调用 " << endl;
}


//2、函数重载碰到函数默认参数
void func2(int a, int b = 10) {
    cout << "func2(int a, int b = 10) 调用" << endl;
}

void func2(int a) {
    cout << "func2(int a) 调用" << endl;
}

int main() {
    int a = 10;
    func(a); //调用无const
    func(10);//调用有const


    //func2(10); //碰到默认参数产生歧义，需要避免

    system("pause");
    return 0;
}

四、类和对象

C++面向对象的三大特性为：==封装、继承、多态==

C++认为==万事万物皆为对象==，对象上有其属性和行为

例如：

  • 人可以作为对象，属性有姓名、年龄、身高、体重…，行为有走、跑、跳、吃饭、唱歌…

  • 车也可以作为对象，属性有轮胎、方向盘、车灯…,行为有载人、放音乐、放空调…

  • 具有相同性质的==对象==，我们可以抽象称为==类==，人属于人类，车属于车类

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，描述现实生活中的事物，更符合人类思维
  • 将属性和行为加以权限控制

语法：

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class 类名 {
访问权限:
    成员;
};
4.1.1.1、意义一

将属性和行为作为一个整体，描述现实生活中的事物，更符合人类思维

**示例1：**设计一个圆类，求圆的周长

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#include<iostream>
using namespace std;

//圆周率
const double PI = 3.14;

//封装一个圆类，求圆的周长
//class代表设计一个类，后面跟着的是类名
class Circle {
public:  //访问权限  公共的权限
    //属性
    int m_r;//半径

    //行为
    //获取到圆的周长
    double calculateZC() {
        //2 * pi  * r
        //获取圆的周长
        return  2 * PI * m_r;
    }
};

int main() {
    //通过圆类，创建圆的对象
    // c1就是一个具体的圆
    Circle c1;
    c1.m_r = 10; //给圆对象的半径 进行赋值操作

    //2 * pi * 10 = = 62.8
    cout << "圆的周长为： " << c1.calculateZC() << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

**示例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

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

//学生类
class Student {
public:
    void setName(string name) {
        m_name = name;
    }

    void setID(int id) {
        m_id = id;
    }

    void showStudent() {
        cout << "name:" << m_name << " ID:" << m_id << endl;
    }
public:
    string m_name;
    int m_id;
};

int main() {
    Student stu;
    stu.setName("德玛西亚");
    stu.setID(250);
    stu.showStudent();

    system("pause");
    return 0;
}
4.1.1.2、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：

  • public 公共权限

  • protected 保护权限

  • private 私有权限

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#include<iostream>
using namespace std;

//三种权限
//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
//私有权限  private    类内可以访问  类外不可以访问

class Person {
    //姓名  公共权限
public:
    string m_Name;

    //汽车  保护权限
protected:
    string m_Car;

    //银行卡密码  私有权限
private:
    int m_Password;

public:
    void func() {
        m_Name = "张三";
        m_Car = "拖拉机";
        m_Password = 123456;
    }
};

int main() {
    Person p;
    p.m_Name = "李四";
    //p.m_Car = "奔驰";  //保护权限类外访问不到
    //p.m_Password = 123; //私有权限类外访问不到

    system("pause");
    return 0;
}

4.1.2、struct和class区别

在C++中 ，struct和class唯一的区别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
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#include<iostream>
using namespace std;

class C1 {
    int  m_A; //默认是私有权限
};

struct C2 {
    int m_A;  //默认是公共权限
};

int main() {
    C1 c1;
    c1.m_A = 10; //错误，访问权限是私有

    C2 c2;
    c2.m_A = 10; //正确，访问权限是公共

    system("pause");
    return 0;
}

4.1.3、成员属性设置为私有

**优点1：**将所有成员属性设置为私有，可以自己控制读写权限

**优点2：**对于写权限，我们可以检测数据的有效性

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class Person {
public:
    //姓名设置可读可写
    void setName(string name) {
        m_Name = name;
    }

    string getName()
    {
        return m_Name;
    }

    //获取年龄 
    int getAge() {
        return m_Age;
    }

    //设置年龄
    void setAge(int age) {
        if (age < 0 || age > 150) {
            cout << "你个老妖精!" << endl;
            return;
        }
        m_Age = age;
    }

    //情人设置为只写
    void setLover(string lover) {
        m_Lover = lover;
    }

private:
    string m_Name; //可读可写  姓名

    int m_Age; //只读  年龄

    string m_Lover; //只写  情人
};


int main() {
    Person p;

    //姓名设置
    p.setName("张三");
    cout << "姓名： " << p.getName() << endl;

    //年龄设置
    p.setAge(50);
    cout << "年龄： " << p.getAge() << endl;

    //情人设置
    p.setLover("未知");
    //cout << "情人： " << p.m_Lover << endl;  //只写属性，不可以读取

    system("pause");
    return 0;
}

4.2、对象的初始化和清理

生活中，我们买的电子产品基本都会有出厂设置，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++中的面向对象来源于生活，每个对象也都会有初始设置以及对象销毁前的数据清理。

4.2.1、构造函数和析构函数

对象的初始化和清理存在两个安全问题

  • 一个对象或者变量没有初始状态，直接对其使用，后果是未知的
  • 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，是编译器强制要求我们做的事情，因此如果我们不提供构造函数和析构函数，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：主要作用在于对象销毁前，执行一些清理工作，由系统自动调用。

构造函数语法：类名(){}

  • 构造函数，没有返回值也不写void

  • 函数名称与类名相同

  • 构造函数可以有参数，因此可以发生重载

  • 声明对象时，会自动调用构造函数，无须手动调用，而且只会调用一次

析构函数语法： ~类名(){}

  • 析构函数，没有返回值也不写void

  • 函数名称与类名相同，在名称前加上符号~

  • 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载

  • 对象销毁前，会自动调用析构函数，无须手动调用，而且只会调用一次

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    //构造函数
    Person() {
        cout << "Person的构造函数调用" << endl;
    }

    //析构函数
    ~Person() {
        cout << "Person的析构函数调用" << endl;
    }
};

void test01() {
    Person p;
}

int main() {
    test01();

    cout << "Here is main func" << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

4.2.2、构造函数的分类和调用方式

两种分类方式：

  • 按参数分： 有参构造和无参构造
  • 按类型分： 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：

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#include<iostream>
using namespace std;

//1、构造函数分类
// 按照参数分类分为 有参和无参构造   无参又称为默认构造函数
// 按照类型分类分为 普通构造和拷贝构造

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 a) {
        age = a;
        cout << "有参构造函数!" << endl;
    }

    //拷贝构造函数
    Person(const Person& p) {
        age = p.age;
        cout << "拷贝构造函数!" << endl;
    }

    //析构函数
    ~Person() {
        cout << "析构函数!" << endl;
    }

public:
    int age;
};

//2、构造函数的调用
//调用无参构造函数
void test01() {
    Person p; //调用无参构造函数
}

//调用有参的构造函数
void test02() {
    //2.1  括号法，常用
    Person p1(10);
    //注意1：调用无参构造函数不能加括号，如果加了编译器认为这是一个函数声明
    //Person p2();

    //2.2 显式法
    Person p2 = Person(10);
    Person p3 = Person(p2);
    //Person(10)单独写就是匿名对象  当前行结束之后，马上析构

    //2.3 隐式转换法
    Person p4 = 10; // Person p4 = Person(10); 
    Person p5 = p4; // Person p5 = Person(p4); 

    //注意2：不能利用 拷贝构造函数 初始化匿名对象 编译器会认为这是对象声明
    //Person p5(p4);
}

int main() {
    test01();
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

4.2.3、拷贝构造函数的调用时机

拷贝构造函数的调用时机通常有三种情况

  • 使用一个已经存在的对象来初始化另一个新对象
  • 以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：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person() {
        cout << "无参构造函数!" << endl;
        mAge = 0;
    }

    Person(int age) {
        cout << "有参构造函数!" << endl;
        mAge = age;
    }

    Person(const Person& p) {
        cout << "拷贝构造函数!" << endl;
        mAge = p.mAge;
    }

    //析构函数在释放内存之前调用
    ~Person() {
        cout << "析构函数!" << endl;
    }

public:
    int mAge;
};

//1. 使用一个已经存在的对象来初始化另一个新对象
void test01() {
    Person man(100); //p对象已经创建完毕
    Person newman(man); //调用拷贝构造函数
    Person newman2 = man; //拷贝构造

    //Person newman3;
    //newman3 = man; //不是调用拷贝构造函数，赋值操作
}

//2. 值传递的方式给函数参数传值
//相当于Person p1 = p;
void doWork(Person p1) {}

void test02() {
    Person p; //无参构造函数
    doWork(p);
}

//3. 以值方式返回局部对象
Person doWork2() {
    Person p1;
    cout << (int*)&p1 << endl;
    return p1;
}

void test03()
{
    Person p = doWork2();
    cout << (int*)&p << endl;
}


int main() {
    //test01();
    //test02();
    test03();

    system("pause");
    return 0;
}

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：

  • 如果用户仅定义了有参构造函数，则C++不会提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造

  • 如果用户仅定义了拷贝构造函数，则C++不会提供默认构造函数

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#include<iostream>
using namespace std;

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 a) {
        age = a;
        cout << "有参构造函数!" << endl;
    }

    //拷贝构造函数
    Person(const Person& p) {
        age = p.age;
        cout << "拷贝构造函数!" << endl;
    }

    //析构函数
    ~Person() {
        cout << "析构函数!" << endl;
    }

public:
    int age;
};

void test01() {
    Person p1(18);
    //如果不写拷贝构造，编译器会自动添加拷贝构造，并且做浅拷贝操作
    Person p2(p1);

    cout << "p2的年龄为： " << p2.age << endl;
}

void test02() {
    //如果用户提供了有参构造，编译器不会提供默认构造，但会提供拷贝构造
    Person p1; //此时如果用户自己没有提供默认构造，会出错
    Person p2(10); //用户提供的有参
    Person p3(p2); //此时如果用户没有提供拷贝构造，编译器会提供

    //如果用户提供了拷贝构造，编译器不会提供其他构造函数
    Person p4; //此时如果用户自己没有提供默认构造，会出错
    Person p5(10); //此时如果用户自己没有提供有参，会出错
    Person p6(p5); //用户自己提供拷贝构造
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.2.5、深拷贝与浅拷贝

浅拷贝：简单的赋值拷贝操作

深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

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();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：如果属性存在堆区，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题

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）... {}

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

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();

    system("pause");
    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：

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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？

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

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();

    system("pause");
    return 0;
}

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

静态成员分为：

  • 静态成员变量
    • 在编译阶段分配内存
    • 类内声明，类外初始化
    • 所有对象共享同一份数据
  • 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1 ：**静态成员变量

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    //静态成员变量
    //静态成员变量的特点：
    //1 在编译阶段分配内存
    //2 类内声明，类外初始化
    //3 所有对象共享同一份数据
    static int m_A;

private:
    //静态成员变量也是有访问权限的
    static int m_B;
};

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();

    system("pause");
    return 0;
}

**示例2：**静态成员函数

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    //静态成员函数特点：
    //1 程序共享一个函数
    //2 静态成员函数只能访问静态成员变量

    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();

    system("pause");
    return 0;
}

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是分开存储的。

只有普通（非静态）成员变量才属于类的对象上，即静态成员变量、静态成员函数和普通成员函数都不在类的对象上。

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person() {
        mA = 0;
    }

    //非静态成员变量占对象空间
    int mA;

    //静态成员变量不占对象空间
    static int mB;

    //函数也不占对象空间，所有函数共享一个函数实例
    void func() {
        cout << "mA:" << this->mA << endl;
    }

    //静态成员函数也不占对象空间
    static void sfunc() {
    }
};

int main() {
    cout << sizeof(Person) << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

4.3.2、this指针

我们知道，在C++中成员变量和成员函数是分开存储的

每一个普通（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，这一块代码是如何区分是那个对象在调用自己的呢？

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指针是隐含在每一个普通（非静态）成员函数内的一个指针

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
  • 在类的普通（非静态）成员函数中，返回对象本身，可使用return *this
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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person(int age) {
        //1、当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
        this->age = age;
    }

    Person& PersonAddPerson(Person p) {
        this->age += p.age;
        //返回对象本身
        return *this;
    }

    int age;
};

void test01() {
    Person p1(10);
    cout << "p1.age = " << p1.age << endl;

    Person p2(10);
    p2.PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1);
    cout << "p2.age = " << p2.age << endl;
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.3.3、空指针访问成员函数

在C++中，空指针也可以调用成员函数，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

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//空指针访问成员函数
class Person {
public:
    void ShowClassName() {
        cout << "我是Person类!" << endl;
    }

    void ShowPerson() {
        if (this == NULL) {
            return;
        }
        cout << mAge << endl;
    }

public:
    int mAge;
};

void test01() {
    Person* p = NULL;
    p->ShowClassName(); //空指针，可以调用成员函数
    p->ShowPerson();  //但是如果成员函数中用到了this指针，就会出错
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.3.4、const修饰成员函数

常函数：

  • 声明成员函数时，在成员函数的后面加上了关键字const
  • 常函数内不可以修改成员属性
  • 在声明成员属性时，如果加上了关键字mutable，那么成员属性在常函数中依然可以修改

常对象：

  • 声明成员对象时，在成员对象的前面加上了const
  • 常对象只能修改加上了关键字mutable的成员属性
  • 常对象只能调用常函数

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person() {
        m_A = 0;
        m_B = 0;
    }

    //this指针的本质是一个指针常量，指针的指向不可修改
    //如果想让指针指向的值也不可以修改，需要声明常函数
    void ShowPerson() const {
        //const Type* const pointer;
        //this = NULL; //不能修改指针的指向 Person* const this;
        //this->mA = 100; //但是this指针指向的对象的数据是可以修改的

        //const修饰成员函数，表示指针指向的内存空间的数据不能修改，除了mutable修饰的变量
        this->m_B = 100;
    }

    void MyFunc() const {
        //mA = 10000;
    }

public:
    int m_A;
    mutable int m_B; //可修改 可变的
};


//const修饰对象  常对象
void test01() {
    //常量对象
    const Person person;

    //常对象可以访问成员变量，只能修改mutable修饰成员变量
    cout << person.m_A << endl;
    //person.mA = 100;
    person.m_B = 100;

    //常对象只能调用常函数
    person.MyFunc();

}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.4、友元

在生活中，我们的家有客厅(Public)、有卧室(Private)

客厅所有来的客人都可以进去，但是卧室是私有的，也就是说只有自己能进去

但是呢，可以允许好闺蜜/好基友进去。

在C++中，如果一个类中的某些私有属性，想让类外的某些特殊函数（或者类）访问，就需要用到友元技术

友元的目的就是让一个函数或者类，可以访问另一个类中的私有成员

友元的关键字为 ==friend==

友元有三种实现

  • 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

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#include<iostream>
using namespace std;

class Building {
    //告诉编译器 全局函数goodGay 是本类的好朋友，可以访问本类的私有内容
    friend void goodGay(Building* building);

public:
    Building() {
        this->m_SittingRoom = "客厅";
        this->m_BedRoom = "卧室";
    }

public:
    string m_SittingRoom; //客厅

private:
    string m_BedRoom; //卧室
};


void goodGay(Building* building) {
    cout << "好基友正在访问： " << building->m_SittingRoom << endl;
    cout << "好基友正在访问： " << building->m_BedRoom << endl;
}


void test01() {
    Building b;
    goodGay(&b);
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.4.2、类做友元

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#include<iostream>
using namespace std;

class Building {
    //告诉编译器 goodGay类是本类的好朋友，可以访问本类中的私有内容
    friend class goodGay;

public:
    Building() {
        this->m_SittingRoom = "客厅";
        this->m_BedRoom = "卧室";
    }
public:
    string m_SittingRoom; //客厅
private:
    string m_BedRoom;//卧室
};

class goodGay {
public:
    goodGay() {
        building = new Building;
    }

    void visit() {
        cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
        cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
    }

private:
    Building* building;
};

void test01() {
    goodGay gg;
    gg.visit();

}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.4.3、成员函数做友元

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#include<iostream>
using namespace std;

class Building;

class goodGay {
public:

    goodGay();
    void visit(); //只让visit函数作为Building的好朋友，可以发访问Building中私有内容
    void visit2(); 

private:
    Building *building;
};


class Building {
    //告诉编译器  goodGay类中的visit成员函数 是Building好朋友，可以访问私有内容
    friend void goodGay::visit();

public:
    Building();

public:
    string m_SittingRoom; //客厅
private:
    string m_BedRoom;//卧室
};

Building::Building() {
    this->m_SittingRoom = "客厅";
    this->m_BedRoom = "卧室";
}

goodGay::goodGay() {
    building = new Building;
}

void goodGay::visit() {
    cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
    cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}

void goodGay::visit2() {
    cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
    //cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}

void test01() {
    goodGay  gg;
    gg.visit();
}

int main(){
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.5、运算符重载

运算符重载：对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应数据类型的运算需要

4.5.1、加号运算符重载

作用：实现两个自定义数据类型的相加运算

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person() {};

    Person(int a, int b) {
        this->m_A = a;
        this->m_B = b;
    }

    //成员函数实现 + 号运算符重载
    Person operator+(const Person& p) {
        Person temp;
        temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
        temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
        return temp;
    }

public:
    int m_A;
    int m_B;
};

//全局函数实现 + 号运算符重载
//Person operator+(const Person& p1, const Person& p2) {
//  Person temp(0, 0);
//  temp.m_A = p1.m_A + p2.m_A;
//  temp.m_B = p1.m_B + p2.m_B;
//  return temp;
//}

//运算符重载 可以发生函数重载 
Person operator+(const Person& p2, int val) {
    Person temp;
    temp.m_A = p2.m_A + val;
    temp.m_B = p2.m_B + val;
    return temp;
}

void test() {
    Person p1(10, 10);
    Person p2(20, 20);

    //成员函数方式
    Person p3 = p2 + p1;  //相当于 p2.operaor+(p1)
    cout << "mA:" << p3.m_A << " mB:" << p3.m_B << endl;

    Person p4 = p3 + 10; //相当于 operator+(p3,10)
    cout << "mA:" << p4.m_A << " mB:" << p4.m_B << endl;

}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}

总结1：对于内置的数据类型，其运算符是不可能改变的

总结2：不要滥用运算符重载

4.5.2、左移运算符重载

作用：输出自定义数据类型

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
    friend ostream& operator<<(ostream& out, Person& p);

public:
    Person(int a, int b) {
        this->m_A = a;
        this->m_B = b;
    }

    //成员函数 只能实现 p << cout ，而这不是我们想要的效果
    //void operator<<(Person& p){
    //}

private:
    int m_A;
    int m_B;
};

//全局函数实现左移重载
//ostream对象只能有一个，所有要加&
ostream& operator<<(ostream& out, Person& p) {
    out << "a:" << p.m_A << " b:" << p.m_B;
    return out;
}

void test() {
    Person p1(10, 20);

    cout << p1 << " hello world" << endl; //链式编程
}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：重载左移运算符配合友元可以实现输出自定义数据类型

4.5.3、递增运算符重载

作用： 通过重载递增运算符，实现自己的整型数据

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class MyInteger {
    friend ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint);

private:
    int m_Num;

public:
    MyInteger() {
        m_Num = 0;
    }

    //前置++
    MyInteger& operator++() {
        //先++
        m_Num++;
        //再返回
        return *this;
    }

    //后置++
    MyInteger operator++(int) {
        //先记录当前本身的值
        MyInteger temp = *this;
        //然后让本身的值加1,
        m_Num++;
        //最后返回的是以前的值
        return temp;
    }
};


ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint) {
    out << myint.m_Num;
    return out;
}


//前置++ 先++ 再返回
void test01() {
    MyInteger myInt;

    cout << ++myInt << endl;
    cout << myInt << endl;
}

//后置++ 先返回 再++
void test02() {
    MyInteger myInt;

    cout << myInt++ << endl;
    cout << myInt << endl;
}

int main() {
    //test01();
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

总结： 前置递增返回引用，后置递增返回值

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

  • 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）

  • 赋值运算符 operator=（对属性进行值拷贝）

如果类中有属性存放在堆区，做赋值操作时也会出现深浅拷贝问题

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person(int age) {
        //将年龄数据开辟到堆区
        m_Age = new int(age);
    }

    //重载赋值运算符 
    Person& operator=(Person& p) {
        //编译器提供的代码是浅拷贝
        //m_Age = p.m_Age;

        //先判断是否有属性存放在堆区，若有，则释放
        if (m_Age != NULL) {
            delete m_Age;
            m_Age = NULL;
        }

        //提供深拷贝 解决浅拷贝的问题
        m_Age = new int(*p.m_Age);

        //返回自身
        return *this;
    }

    ~Person() {
        if (m_Age != NULL) {
            delete m_Age;
            m_Age = NULL;
        }
    }

    //年龄的指针
    int* m_Age;
};


void test01() {
    Person p1(18);
    Person p2(20);
    Person p3(30);

    p3 = p2 = p1; //赋值操作

    cout << "p1的年龄为：" << *p1.m_Age << endl;
    cout << "p2的年龄为：" << *p2.m_Age << endl;
    cout << "p3的年龄为：" << *p3.m_Age << endl;
}

int main() {
    //int a = 10;
    //int b = 20;
    //int c = 30;

    //c = b = a;
    //cout << "a = " << a << endl;
    //cout << "b = " << b << endl;
    //cout << "c = " << c << endl;

    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.5.5、关系运算符重载

**作用：**让两个自定义类型对象进行对比操作

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    Person(string name, int age) {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    };

    bool operator==(Person& p) {
        if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age) {
            return true;
        }
        else {
            return false;
        }
    }

    bool operator!=(Person& p) {
        if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age) {
            return false;
        }
        else {
            return true;
        }
    }

    string m_Name;
    int m_Age;
};

void test01() {
    //int a = 0;
    //int b = 0;

    Person a("孙悟空", 18);
    Person b("孙悟空", 18);

    if (a == b) {
        cout << "a和b相等" << endl;
    }
    else {
        cout << "a和b不相等" << endl;
    }

    if (a != b) {
        cout << "a和b不相等" << endl;
    }
    else {
        cout << "a和b相等" << endl;
    }
}


int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

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，因此称为仿函数

仿函数没有固定写法，非常灵活

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class MyPrint {
public:
    void operator()(string text) {
        cout << text << endl;
    }
};

void test01() {
    //重载的（）操作符 也称为仿函数
    MyPrint myFunc;
    myFunc("hello world");
}


class MyAdd {
public:
    int operator()(int v1, int v2) {
        return v1 + v2;
    }
};

void test02() {
    MyAdd add;
    int ret = add(10, 10);
    cout << "ret = " << ret << endl;

    //匿名对象调用  
    cout << "MyAdd()(100,100) = " << MyAdd()(100, 100) << endl;
}

int main() {
    test01();
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

4.6 、继承

继承是面向对象三大特性之一

有些场景下，类与类之间存在特殊的关系，例如下图中：

1544861202252

可以发现，定义这些类时，下级别的成员除了拥有上一级的共性，还有自己的特性。

这个时候我们就可以考虑利用继承的技术，减少重复代码

4.6.1、继承的基本语法

例如，我们看到很多网站中，都有公共的头部，公共的底部，甚至公共的左侧列表，只有中心内容不同

接下来，我们分别利用普通写法和继承的写法来实现网页中的内容，看一下继承存在的意义以及好处

普通实现：

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#include<iostream>
using namespace std;

//Java页面
class Java {
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;
    }

    void content() {
        cout << "JAVA学科视频" << endl;
    }
};

//Python页面
class Python {
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;
    }

    void content() {
        cout << "Python学科视频" << endl;
    }
};

//C++页面
class CPP {
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;
    }

    void content() {
        cout << "C++学科视频" << endl;
    }
};

void test01() {
    //Java页面
    cout << "Java下载视频页面如下： " << endl;
    Java ja;
    ja.header();
    ja.footer();
    ja.left();
    ja.content();
    cout << "--------------------" << endl;

    //Python页面
    cout << "Python下载视频页面如下： " << endl;
    Python py;
    py.header();
    py.footer();
    py.left();
    py.content();
    cout << "--------------------" << endl;

    //C++页面
    cout << "C++下载视频页面如下： " << endl;
    CPP cp;
    cp.header();
    cp.footer();
    cp.left();
    cp.content();
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

继承实现：

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#include<iostream>
using namespace std;

//公共页面
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;
    }
};

//Java页面
class Java : public BasePage {
public:
    void content() {
        cout << "JAVA学科视频" << endl;
    }
};

//Python页面
class Python : public BasePage {
public:
    void content() {
        cout << "Python学科视频" << endl;
    }
};

//C++页面
class CPP : public BasePage {
public:
    void content() {
        cout << "C++学科视频" << endl;
    }
};

void test01() {
    //Java页面
    cout << "Java下载视频页面如下： " << endl;
    Java ja;
    ja.header();
    ja.footer();
    ja.left();
    ja.content();
    cout << "--------------------" << endl;

    //Python页面
    cout << "Python下载视频页面如下： " << endl;
    Python py;
    py.header();
    py.footer();
    py.left();
    py.content();
    cout << "--------------------" << endl;

    //C++页面
    cout << "C++下载视频页面如下： " << endl;
    CPP cp;
    cp.header();
    cp.footer();
    cp.left();
    cp.content();
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

继承的好处：==可以减少重复的代码==

class A : public B;

A 类称为子类 或 派生类

B 类称为父类 或 基类

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

继承的语法：class 子类 : 继承方式 父类

继承方式一共有三种：

  • 公共继承
  • 保护继承
  • 私有继承

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base1 {
public: 
    int m_A;
protected:
    int m_B;
private:
    int m_C;
};

//公共继承
class Son1 :public Base1 {
public:
    void func() {
        m_A; //可访问 public权限
        m_B; //可访问 protected权限
        //m_C; //不可访问
    }
};

void myClass() {
    Son1 s1;
    s1.m_A; //类外只能访问到公共权限
}

//保护继承
class Base2 {
public:
    int m_A;
protected:
    int m_B;
private:
    int m_C;
};

class Son2:protected Base2 {
public:
    void func() {
        m_A; //可访问 protected权限
        m_B; //可访问 protected权限
        //m_C; //不可访问
    }
};

void myClass2() {
    Son2 s;
    //s.m_A; //不可访问
}

//私有继承
class Base3 {
public:
    int m_A;
protected:
    int m_B;
private:
    int m_C;
};

class Son3:private Base3 {
public:
    void func() {
        m_A; //可访问 private权限
        m_B; //可访问 private权限
        //m_C; //不可访问
    }
};

class GrandSon3 :public Son3 {
public:
    void func() {
        //Son3是私有继承，所以在GrandSon3中 无法访问到 Son3继承的属性
        //m_A;
        //m_B;
        //m_C;
    }
};

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？

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    int m_A;
protected:
    int m_B;
private:
    int m_C; //私有成员只是被隐藏了，但是还是会继承下去
};

//公共继承
class Son : public Base {
public:
    int m_D;
};

void test01() {
    cout << "sizeof Son = " << sizeof(Son) << endl;
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

利用工具查看：

1545881904150

打开工具窗口后，定位到当前CPP文件的盘符

然后输入： cl /d1 reportSingleClassLayout类名 所属文件名

效果如下图：

1545882158050

结论： 父类中的私有成员也被子类继承了，只是由编译器给隐藏后访问不到

4.6.4、继承中构造和析构顺序

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？

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#include<iostream>
using namespace std;

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() {
    //继承中 先调用父类构造函数，再调用子类构造函数，析构顺序与构造相反
    Son s;
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：在继承中，先调用父类构造函数，再调用子类构造函数，析构顺序与构造相反

4.6.5、继承中同名成员处理方式

问题：当子类与父类出现同名成员，如何通过子类对象，访问到子类或父类中的同名数据呢？

  • 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

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    Base() {
        m_A = 100;
    }

    void func() {
        cout << "Base - func()调用" << endl;
    }

    void func(int a) {
        cout << "Base - func(int a)调用" << endl;
    }

public:
    int m_A;
};


class Son : public Base {
public:
    Son() {
        m_A = 200;
    }

    //当子类与父类拥有同名成员函数，子类会隐藏父类中所有版本的同名成员函数
    //如果想访问父类中被隐藏的同名成员函数，需要加父类的作用域
    void func() {
        cout << "Son - func()调用" << endl;
    }

public:
    int m_A;
};

void test01() {
    Son s;

    cout << "Son下的m_A = " << s.m_A << endl;
    cout << "Base下的m_A = " << s.Base::m_A << endl;

    s.func();
    s.Base::func();
    s.Base::func(10);

}
int main() {
    test01();

    system("pause");
    return EXIT_SUCCESS;
}

总结：

  • 子类对象可以直接访问到子类中同名成员

  • 子类对象加作用域可以访问到父类同名成员

  • 当子类与父类拥有同名成员函数时，子类会隐藏父类中所有版本的同名成员函数，加作用域可以访问到父类中同名函数

4.6.6、继承中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？

静态成员出现同名，和静态成员出现同名的处理方式是一致的

  • 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：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    static void func() {
        cout << "Base - static void func()" << endl;
    }

    static void func(int a) {
        cout << "Base - static void func(int a)" << endl;
    }

    static int m_A;
};

int Base::m_A = 100;

class Son : public Base {
public:
    static void func() {
        cout << "Son - static void func()" << endl;
    }

    static int m_A;
};

int Son::m_A = 200;

//同名成员属性
void test01() {
    //通过对象访问
    cout << "通过对象访问： " << endl;
    Son s;
    cout << "Son  下 m_A = " << s.m_A << endl;
    cout << "Base 下 m_A = " << s.Base::m_A << endl;

    //通过类名访问
    cout << "通过类名访问： " << endl;
    cout << "Son  下 m_A = " << Son::m_A << endl;
    cout << "Base 下 m_A = " << Son::Base::m_A << endl;
}

//同名成员函数
void test02() {
    //通过对象访问
    cout << "通过对象访问： " << endl;
    Son s;
    s.func();
    s.Base::func();

    cout << "通过类名访问： " << endl;
    Son::func();
    Son::Base::func();

    //出现同名，子类会隐藏掉父类中所有同名成员函数，需要加作作用域访问
    Son::Base::func(100);
}
int main() {
    //test01();
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：同名静态成员处理方式，和普通成员处理方式一样，只不过有两种访问的方式（通过对象 和 通过类名）

4.6.7、多继承的语法

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

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base1 {
public:
    Base1() {
        m_A = 100;
    }
public:
    int m_A;
};

class Base2 {
public:
    Base2() {
        m_A = 200;  //开始是m_B 不会出问题，但是改为mA就会出现不明确
    }
public:
    int m_A;
};

//语法：class 子类：继承方式 父类1 ，继承方式 父类2 
class Son : public Base2, public Base1 {
public:
    Son() {
        m_C = 300;
        m_D = 400;
    }
public:
    int m_C;
    int m_D;
};


//多继承容易产生成员同名的情况
//通过使用类名作用域可以区分调用哪一个基类的成员
void test01() {
    Son s;
    cout << "sizeof Son = " << sizeof(s) << endl;
    cout << s.Base1::m_A << endl;
    cout << s.Base2::m_A << endl;
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结： 多继承中如果父类中出现了同名情况，子类在使用同名成员时要加作用域

4.6.8、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者两个派生类

  • 这种继承被称为菱形继承，或者钻石继承

典型的菱形继承案例：

IMG_256

菱形继承问题：

  • 羊继承了动物的数据，驼同样继承了动物的数据，当羊驼使用数据时，就会产生二义性。

  • 羊驼继承自动物的数据继承了两份，其实我们应该清楚，这份数据我们只需要一份就可以。

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#include<iostream>
using namespace std;

class Animal {
public:
    int m_Age;
};

//继承前加virtual关键字后，变为虚继承
//此时公共的父类Animal称为虚基类
class Sheep : virtual public Animal {};
class Tuo   : virtual public Animal {};
class SheepTuo : public Sheep, public Tuo {};

void test01() {
    SheepTuo st;
    st.Sheep::m_Age = 100;
    st.Tuo::m_Age = 200;

    cout << "st.Sheep::m_Age = " << st.Sheep::m_Age << endl;
    cout << "st.Tuo::m_Age = " <<  st.Tuo::m_Age << endl;
    cout << "st.m_Age = " << st.m_Age << endl;
}


int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 菱形继承带来的主要问题是子类继承两份相同的数据，导致资源浪费以及毫无意义
  • 利用虚继承可以解决菱形继承问题

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

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#include<iostream>
using namespace std;

//多态满足条件：
//1、有继承关系
//2、父类中定义虚函数
//3、子类重写父类中的虚函数

//多态的使用：
//父类指针或引用指向子类对象，然后调用虚函数

class Animal {
public:
    //Speak函数就是虚函数
    //函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。
    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 << "小狗在说话" << endl;
    }
};

void DoSpeak(Animal& animal) {
    animal.speak();
}

void test01() {
    Cat cat;
    DoSpeak(cat);

    Dog dog;
    DoSpeak(dog);
}


int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 实现多态，需满足的条件

    • 有继承关系
    • 父类中定义虚函数
    • 子类重写父类中的虚函数

  • 使用多态的条件

    • 父类指针或引用指向子类对象，然后调用虚函数

注：重写，是指函数返回值类型 、函数名、参数列表完全一致

多态的底层原理：

  • 如果类中定义了虚函数，则编译器会为类分配一个虚函数指针（vfptr）
  • 虚函数指针指向虚函数表，虚函数表记录虚函数的地址
  • 子类会继承基类的虚函数指针，也即会继承父类的虚函数表。
  • 如果子类重写了父类中的虚函数，则子类中的虚函数会覆盖虚函数表中相应的父类虚函数。
  • 当父类指针或引用指向子类对象时，虚函数指针指向的是子类虚函数表，因此在调用虚函数时，调用的是子类虚函数表中的虚函数。

4.7.2 多态案例一-计算器类

案例描述：

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

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

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//普通实现
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;
		}
		//如果要提供新的运算，需要修改源码
	}
public:
	int m_Num1;
	int m_Num2;
};

void test01()
{
	//普通实现测试
	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;
}



//多态实现
//抽象计算器类
//多态优点：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
class AbstractCalculator
{
public :

	virtual int getResult()
	{
		return 0;
	}

	int m_Num1;
	int m_Num2;
};

//加法计算器
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 + m_Num2;
	}
};

//减法计算器
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 - m_Num2;
	}
};

//乘法计算器
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};


void test02()
{
	//创建加法计算器
	AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;  //用完了记得销毁

	//创建减法计算器
	abc = new SubCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;  

	//创建乘法计算器
	abc = new MulCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;
}

int main() {

	//test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

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

4.7.3、纯虚函数和抽象类

通常，父类中的虚函数实现是毫无意义的，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 ;

当类中定义了纯虚函数，这个类也称为==抽象类==

抽象类的特点：

  • 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

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#include<iostream>
using namespace std;

class Base {
public:
    //纯虚函数
    //类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
    //抽象类无法实例化对象
    //子类必须重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
    virtual void func() = 0;
};

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

void test01() {
    Base * base = NULL;
    //base = new Base; // 错误，抽象类无法实例化对象
    
    base = new Son;
    base->func();
    delete base;//记得销毁
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

4.7.4 多态案例二-制作饮品

案例描述：

制作饮品的大致流程为：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

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//抽象制作饮品
class AbstractDrinking {
public:
	//烧水
	virtual void Boil() = 0;
	//冲泡
	virtual void Brew() = 0;
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() = 0;
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() = 0;
	//规定流程
	void MakeDrink() {
		Boil();
		Brew();
		PourInCup();
		PutSomething();
	}
};

//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking {
public:
	//烧水
	virtual void Boil() {
		cout << "煮农夫山泉!" << endl;
	}
	//冲泡
	virtual void Brew() {
		cout << "冲泡咖啡!" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() {
		cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() {
		cout << "加入牛奶!" << endl;
	}
};

//制作茶水
class Tea : public AbstractDrinking {
public:
	//烧水
	virtual void Boil() {
		cout << "煮自来水!" << endl;
	}
	//冲泡
	virtual void Brew() {
		cout << "冲泡茶叶!" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() {
		cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() {
		cout << "加入枸杞!" << endl;
	}
};

//业务函数
void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
	drink->MakeDrink();
	delete drink;
}

void test01() {
	DoWork(new Coffee);
	cout << "--------------" << endl;
	DoWork(new Tea);
}


int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

4.7.5、虚析构和纯虚析构

问题：使用多态时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么在释放时父类指针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

虚析构和纯虚析构的共性：

  • 都需要有具体的函数实现
  • 可实现父类指针释放子类对象

虚析构和纯虚析构的区别：

  • 如果是纯虚析构，该类就属于抽象类，无法实例化对象
  • 在类中定义了纯虚析构，一定要在类外实现

虚析构函数的语法：virtual ~类名(){}

纯虚析构函数的语法：

virtual ~类名() = 0;

类名::~类名(){}

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#include<iostream>
using namespace std;

class Animal {
public:
    Animal() {
        cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
    }

    virtual void Speak() = 0;

    //析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数
    //virtual ~Animal()
    //{
    //  cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;
    //}

    //和包含普通纯虚函数的类一样，包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。
    virtual ~Animal() = 0;
};

Animal::~Animal() {
    cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
}



class Cat : public Animal {
public:
    Cat(string name) {
        cout << "Cat构造函数调用！" << endl;
        m_Name = new string(name);
    }

    virtual void Speak() {
        cout << *m_Name << "小猫在说话!" << endl;
    }

    ~Cat() {
        cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
        if (this->m_Name != NULL) {
            delete m_Name;
            m_Name = NULL;
        }
    }

public:
    string* m_Name;
};

void test01() {
    Animal* animal = new Cat("Tom");
    animal->Speak();

    //通过父类指针去释放，会导致子类对象可能清理不干净，造成内存泄漏
    //怎么解决？给基类增加一个虚析构函数
    //虚析构函数就是用来实现通过父类指针释放子类对象
    delete animal;
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 虚析构或纯虚析构就是用来实现通过父类指针释放子类对象

  • 如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构

  • 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

4.7.6 多态案例三-电脑组装

案例描述：

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

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#include<iostream>
using namespace std;

//抽象CPU类
class CPU
{
public:
	//抽象的计算函数
	virtual void calculate() = 0;
};

//抽象显卡类
class VideoCard
{
public:
	//抽象的显示函数
	virtual void display() = 0;
};

//抽象内存条类
class Memory
{
public:
	//抽象的存储函数
	virtual void storage() = 0;
};

//电脑类
class Computer
{
public:
	Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem)
	{
		m_cpu = cpu;
		m_vc = vc;
		m_mem = mem;
	}

	//提供工作的函数
	void work()
	{
		//让零件工作起来，调用接口
		m_cpu->calculate();

		m_vc->display();

		m_mem->storage();
	}

	//提供析构函数 释放3个电脑零件
	~Computer()
	{

		//释放CPU零件
		if (m_cpu != NULL)
		{
			delete m_cpu;
			m_cpu = NULL;
		}

		//释放显卡零件
		if (m_vc != NULL)
		{
			delete m_vc;
			m_vc = NULL;
		}

		//释放内存条零件
		if (m_mem != NULL)
		{
			delete m_mem;
			m_mem = NULL;
		}
	}

private:

	CPU * m_cpu; //CPU的零件指针
	VideoCard * m_vc; //显卡零件指针
	Memory * m_mem; //内存条零件指针
};

//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Intel的CPU开始计算了！" << endl;
	}
};

class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "Intel的显卡开始显示了！" << endl;
	}
};

class IntelMemory :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Intel的内存条开始存储了！" << endl;
	}
};

//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Lenovo的CPU开始计算了！" << endl;
	}
};

class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "Lenovo的显卡开始显示了！" << endl;
	}
};

class LenovoMemory :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;
	}
};


void test01()
{
	//第一台电脑零件
	CPU * intelCpu = new IntelCPU;
	VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
	Memory * intelMem = new IntelMemory;

	cout << "第一台电脑开始工作：" << endl;
	//创建第一台电脑
	Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
	computer1->work();
	delete computer1;

	cout << "-----------------------" << endl;
	cout << "第二台电脑开始工作：" << endl;
	//第二台电脑组装
	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;
	//第三台电脑组装
	Computer * computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new IntelVideoCard, new LenovoMemory);;
	computer3->work();
	delete computer3;

}

五、I/O流

输入/输出（I/O）用于完成数据传输

C++语言支持两种I/O，一种是C语言中的I/O函数，另一种是面向对象的I/O流类库

这里只讲解C++中I/O流类库及其使用

5.1、I/O流类库

I/O流类库是C++标准库的重要组成部分，它主要包括ios类库和streambuf类库

ios类库提供流的高级I/O操作

streambuf类库主要负责缓冲区的处理

5.1.1、ios类库

ios类库的层次结构如图下所示。

image-20240907141813077

ios类库以ios类为基类，ios类是一个抽象类，提供了输入/输出所需的公共接口，如设置数据流格式、错误状态恢复、设置文件的输入/输出模式等。

抽象基类ios类派生了2个类，分别是istream类和ostream类，其中istream类是输入流类，ostream类是输出流类，它们定义了输入流和输出流的基本特性。

istream类和ostream类又派生了多个类，具体介绍如下。

  • ifstream类：文件输入流类，支持文件的读操作。
  • ofstream类：文件输出流类，支持文件的写操作。
  • fstream类：文件输入/输出流类，支持文件的读写操作。
  • istringstream类：字符串输入流类，支持字符串的输入操作。
  • ostringstream类：字符串输出流类，支持字符串的输出操作。
  • stringstream类：字符串输入/输出流类，支持字符串的输入和输出操作。

5.1.2、streambuf类库

streambuf类库的层次结构如下图所示。

image-20240907140843972

streambuf类库以streambuf类为基类，streambuf类是一个抽象类，提供了缓冲区操作接口，如设置缓冲区、从缓冲区提取字节、向缓冲区插入字节等。

streambuf类派生了3个类，分别是stdiobuf类、filebuf类、stringstreambuf类。其中，stdiobuf类用于标准I/O缓冲区管理，filebuf类用于文件缓冲区管理，stringstreambuf类用于内存缓冲区管理。

5.2、标准I/O流

标准I/O流，即标准输入流和标准输出流

标准I/O流的一系列操作方法都是由istream和ostream提供的

标准I/O流继承自抽象基类ios

5.2.1、预定义流对象

C++提供了四个预定义流对象，包括cin、cout、cerr和clog

img

cin是istream类的对象，用于处理标准输入（键盘输入）

cout、cerr和clog都是ostream类的对象，用于处理标准输出

cout用于处理标准输出（屏幕输出），cerr和clog用于处理标准错误信息

clog有缓冲区，cerr没有缓冲。cerr输出的信息会直接发送给屏幕，不会等到缓冲区填满或遇到换行符才输出错误信息

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#include<iostream>
using namespace std;

void test() {
    string txt;

    cout << "请输入一些内容: ";
    cin >> txt;
    
    cout << "cout: " << txt << endl;
    cerr << "cerr: " << txt << endl;
    clog << "clog: " << txt << endl;
}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • istream类预定义了输入流对象cin，并且重载了运算符>>

  • 输入流对象与运算符>>结合使用，可以输入各种类型的数据

  • ostream类预定义了输出流对象cout、cerr和clog，并且重载了

  • 输出流对象与运算符<<符结合使用，可以输出各种类型的数据

5.2.2、标准输出流

除了预定义输出流对象cout、cerr和clog，ostream类还提供了成员函数用于输出数据

比较常用的两个成员函数为put()函数和write()函数

5.2.2.1、put函数

作用：输出单个字符。将单个字符插入输出流对象，通过输出流对象将字符输出到指定位置。

原型 ：ostream& put(char ch);

说明：参数ch表示要输出的字符，函数返回值为ostream类对象引用。

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#include<iostream>
using namespace std;

void test() {
    //输出字符a到屏幕
    cout.put('a');
    //输出换行符到屏幕
    cout.put('\n');
    //连续调用put函数输出字符d和h到屏幕
    cout.put('d').put('h');
}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}

注：由于put()函数返回的是输出流对象，因此put()函数与输出运算符“<<”一样，可以连续调用

5.2.2.2、write函数

作用：输出一个字符串。将指定个数的字符插入输出流对象，通过输出流对象将字符串输出到指定位置。

原型 ：ostream& write(const char* str, streamsize count);

说明：第一个参数str表示字符串；第二个参数count表示输出的字符个数。streamsize是long long类型的重定义。

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#include<iostream>
using namespace std;

void test() {
    cout.write("I love China", 6);
    cout << endl;
    cout.write("I love China", 6).write("I love China", 5);
}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}

注：write()函数返回值为ostream类对象引用。与put()函数一样，write()函数也可以连续调用。

5.2.3、标准输入流

除了预定义输入流对象cin，istream类还提供了成员函数用于输入数据

比较常用的成员函数为get()函数、getline()函数、read()函数等

5.2.3.1、get函数

作用：从输入流中读取单个字符或多个字符

原型 ：istream类重载了多个get()函数，常用的重载形式有以下三种。

  • int get();
    • 函数没有参数，返回值为int类型。
    • 其作用是从输入流读取一个字符，返回该字符的ASCII码值。
  • istream& get(char& ch);
    • 函数有一个char类型的引用作为参数，返回值为istream类对象引用。
    • 其作用是从输入流读取一个字符存储到char类型的引用ch中。
  • istream& get(char* dst, streamsize count, char delimiter);
    • 函数有三个参数，其中dst为char类型的指针，指向一块内存空间；count表示读取的字符个数；delimiter表示结束符，默认是’\0’。
    • 其作用是从输入流中读取count−1个字符（最后一个字符要留给’\0’），存储到dst指向的内存空间。
    • 在读取过程中，遇到结束符就结束读取，即使没有读够count−1个字符，遇到结束符之后也会结束读取，结束符不包含在读取的字符串内。如果读取了count−1个字符也没有遇到结束符，则在结束读取时，系统自动在字符串末尾添加’\0’。

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#include<iostream>
using namespace std;

void test() {
    char ch;
    cout << "请输入一个字符串: " << endl;

    cout << "第一种形式: " << cin.get() << endl;

    cin.get(ch);
    cout << "第二种形式: " << ch << endl;

    char buf[20];
    cin.get(buf, 6, ' ');
    cout << "第三种形式: " << buf << endl;
}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}
5.2.3.2、getline函数

作用：从输入流中读取字符，直到读取到指定个数的字符或遇到终止符时结束读取

原型 ：getline()有两种重载形式

  • istream& getline(char* dst, streamsize count);
    • 函数有两个参数，第一个参数dst指向一块内存空间；第二个参数count表示读取的字符个数
    • 其作用是从输入流中读取count−1个字符存储到dst指向的内存空间。
  • istream& getline(char* dst, streamsize count, char delimiter);
    • 函数有三个参数，前两个参数与第一种形式的参数含义相同，第三个参数delimiter表示结束符
    • 其作用是从输入流中读取count−1个字符存储到dst指向的内存空间，遇到结束符就结束读取。

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#include<iostream>
using namespace std;

void test01() {
    char buf[20];

    cout << "请输入一个字符串: " << endl;

    // 从输入流中，读取一个字符
    cin.getline(buf, 2);
    cout << buf << endl;
}

void test02() {
    char buf[20];

    cout << "请输入一个字符串: " << endl;

    // 从输入流中，读取19个字符，如果遇到字符w立即停止读取
    cin.getline(buf, 20, 'w');
    cout << buf << endl;
}

int main() {
    //test01();
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}
5.2.3.3、read函数

作用：从输入流中读取指定个数的字符

原型 ：istream& read(char* dst, streamsize count);

说明：第一个参数dst指向一块内存空间；第二个参数count表示读取的字符个数，直到读取count−1个字符才会结束读取。

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#include<iostream>
using namespace std;

void test() {
    char buf[20]={0};
    
    cout << "请输入一个字符串: " << endl;
 
    cin.read(buf,5);
    cout << buf << endl;
}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}

5.3、文件流

程序运行时产生的数据都属于临时数据，这数数据在程序运行结束时都会被释放

通过文件可以将数据持久化

C++中对文件进行操作需要包含头文件 <fstream>

文件类型分为两种：

  • 文本文件。文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中

  • 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:

  • ifstream： 读操作

  • ofstream：写操作

  • fstream ： 读写操作

5.3.1、文本文件

5.3.1.1、写文件

写文件的步骤如下：

  • 包含头文件：#include<fstream>
  • 创建流对象：ofstream ofs;
  • 打开文件：ofs.open("文件路径","打开方式")；
  • 写数据：ofs << "数据"；
  • 关闭文件：ofs.close();

文件打开方式：

打开方式 解释
ios::in 以只读方式打开文件
ios::out 以写入方式打开文件
ios::ate 初始位置：文件尾
ios::app 以追加写入方式打开文件
ios::trunc 如果文件存在先删除，再创建
ios::binary 二进制方式

注： 文件打开方式可以配合使用，利用|操作符

**例：**以二进制方式写文件 ios::binary | ios:: out

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#include<iostream>
using namespace std;

#include <fstream>

void test01() {
    ofstream ofs;
    ofs.open("test.txt", ios::out);

    ofs << "姓名：张三" << endl;
    ofs << "性别：男" << endl;
    ofs << "年龄：18" << endl;

    ofs.close();
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 文件操作必须包含头文件 fstream
  • 读文件可以利用 ofstream类，或者fstream类
  • 打开文件时，需要指定文件的路径，以及打开方式
  • 利用<<可以向文件中写数据
  • 操作完毕，要关闭文件
5.3.1.2、读文件

读文件的步骤与写文件类似，但读文件有很多种方式

读文件的步骤如下：

  • 包含头文件：#include <fstream>
  • 创建流对象：ifstream ifs;
  • 打开文件：ifs.open("文件路径", "打开方式");
  • 读数据：有四种读取方式
  • 关闭文件：ifs.close();

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#include<iostream>
using namespace std;

#include <fstream>
#include <string>

void test01() {
    ifstream ifs;

    ifs.open("test.txt", ios::in);

    if (!ifs.is_open()) {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        return;
    }

    //第一种方式：使用提取运算符>>读文件
    //int i=0;
    //char buf[1024] = {0};
    //while (ifs >> buf) {
    //    cout << buf << endl;
    //    i++;
    //}
    //cout << "共调用" << i << "次" << endl;

    //第二种方式：使用全局函数getline读文件
    //int i=0;
    //string buf;
    //while (getline(ifs, buf)) {
    //    cout << buf << endl;
    //    i++;
    //}
    //cout << "共调用" << i << "次" << endl;

    //第三种方式：使用流对象的成员函数getline读文件
    //int i=0;
    //char buf[1024] = {0};
    //while (ifs.getline(buf,sizeof(buf))) {
    //    cout << buf << endl;
    //    i++;
    //}
    //cout << "共调用" << i << "次" << endl;

    //第四种方式：使用流对象的成员函数get读文件
    int i=0;
    char c;
    while ((c = ifs.get()) != EOF) {
        cout << c;
        i++;
    }
    cout << "共调用" << i << "次" << endl;

    ifs.close();
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 读文件可以利用 ifstream类，或者fstream类
  • 利用is_open函数可以判断文件是否打开成功

5.3.2、二进制文件

以二进制方式对文件进行读写操作

打开方式要指定为ios::binary

5.3.2.1、写文件

二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write

write函数原型 ：ostream& write(const char * buffer,int len);

参数解释：字符指针buffer指向内存中的一段存储空间，len是读写的字节数

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#include<iostream>
using namespace std;

#include <fstream>
#include <string>

class Person {
public:
    char m_Name[64];
    int m_Age;
};

//二进制文件  写文件
void test01() {
    //1、包含头文件

    //2、创建输出流对象
    ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);

    //3、打开文件
    //ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);

    //4、写文件
    Person p = { "张三"  , 18 };
    ofs.write((const char*)&p, sizeof(p));

    //5、关闭文件
    ofs.close();
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 文件输出流对象可以通过write函数，以二进制方式写数据
5.3.2.2、读文件

二进制方式读文件主要利用流对象调用成员函数read

read函数原型：istream& read(char *buffer,int len);

参数解释：字符指针buffer指向内存中的一段存储空间，len是读写的字节数

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#include <fstream>
#include <string>

class Person
{
public:
	char m_Name[64];
	int m_Age;
};

void test01()
{
	ifstream ifs("person.txt", ios::in | ios::binary);
	if (!ifs.is_open())
	{
		cout << "文件打开失败" << endl;
	}

	Person p;
	ifs.read((char *)&p, sizeof(p));

	cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄： " << p.m_Age << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

  • 文件输入流对象可以通过read函数，以二进制方式读数据

5.3.3、文件随机读写

在C语言中实现文件的随机读写要依靠文件位置指针

在C++中文件的随机读写也是通过移动文件位置指针完成的

5.3.3.1、写文件

文件随机写主要利用流对象调用成员函数seekp

seekp函数原型有两种形式：

  • ostream& seekg(streampos);
  • ostream& seekg(streamoff, ios::seek_dir);

第一种形式有一个参数streampos，表示文件位置指针从文件开头移动streampos长度的距离

第二种形式有两个参数，第一个参数streamoff表示文件位置指针的移动距离，第二个参数ios::seek_dir表示参照位置。

ios::seek_dir有以下三个取值。

  • ios::beg=0表示从文件开头开始移动文件位置指针
  • ios::cur=1表示从当前位置开始移动文件位置指针
  • ios::end=2表示从文件结尾开始移动文件位置指针

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#include<iostream>
using namespace std;

#include<fstream>


void test() {
    //创建流对象
    ofstream ofs;

    //打开文件
    ofs.open("random.dat", ios::out | ios::binary);
    if (!ofs) {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        exit(0);
    }
    cout << "打开文件时，文件位置指针的位置: " << ofs.tellp() << endl;

    //写数据
    cout << "请输入数据: "  << endl;
    char buf[1024]={0};
    cin.getline(buf, 1024, '/');
    ofs.write(buf, 30);
    cout << "写入数据后，文件位置指针的位置: " << ofs.tellp() << endl;

    //移动文件位置指针
    ofs.seekp(-10, ios::end);
    cout << "移动文件位置指针后，文件位置指针的位置: " << ofs.tellp() << endl;

    //关闭文件
    ofs.close();
}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}

注：tellp()函数用于返回文件位置指针的位置，其原型为streampos tellp();

5.3.3.2、读文件

文件随机读主要利用流对象调用成员函数seekg

seekg函数原型有两种形式：

  • istream& seekg(streampos);
  • istream& seekg(streamoff, ios::seek_dir);

seekg()函数与seekp()函数的含义与用法相同

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#include<iostream>
using namespace std;

#include<fstream>


void test() {
    //创建流对象
    ifstream ifs;

    //打开文件
    ifs.open("random.dat", ios::in | ios::binary);
    if (!ifs) {
        cout << "文件打开失败" << endl;
        exit(0);
    }
    cout << "打开文件时，文件位置指针的位置: " << ifs.tellg() << endl;

    //移动文件位置指针
    ifs.seekg(-10, ios::end);
    cout << "移动文件位置指针后，文件位置指针的位置: " << ifs.tellg() << endl;

    //读数据
    char buf[1024]={0};
    ifs.read(buf, 10);
    cout << "读取数据后，文件位置指针的位置: " << ifs.tellg() << endl;
    cout << "读取到的内容: " << buf << endl;

    //关闭文件
    ifs.close();
}

int main() {
    test();

    system("pause");
    return 0;
}

注：tellg()函数用于返回文件位置指针的位置，其原型为streampos tellg();

六、模板

6.1、模板的概念

C++的另一种编程思想 ==泛型编程== ，主要利用的技术就是模板

C++提供两种模板机制：函数模板和类模板

模板就是建立通用的模具，大大提高复用性

例如，生活中的模板

一寸照片模板：

1547105026929

PPT模板：

1547103297864

1547103359158

模板的特点：

  • 模板不可以直接使用，它只是一个框架
  • 模板的通用并不是万能的

6.2、函数模板

6.2.1、函数模板语法

作用：建立一个通用函数，其返回值类型和形参类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

1
2
template<typename T>
函数声明或定义

解释：

template — 声明创建模板

typename — 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替

T — 通用数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//交换整型函数
void swapInt(int& a, int& b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//交换浮点型函数
void swapDouble(double& a, double& b) {
    double temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//利用模板提供通用的交换函数
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

void test01() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    swapInt(a, b);
    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;

    double c = 1.1;
    double d = 2.2;
    swapDouble(c, d);
    cout << "c = " << c << endl;
    cout << "d = " << d << endl;
}

void test02() {
    int a = 10;
    int b = 20;

    //利用模板实现交换
    //1、自动类型推导
    mySwap(a, b);

    //2、显示指定类型
    mySwap<int>(a, b);

    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;


    double c = 1.1;
    double d = 2.2;
    mySwap(c, d);
    mySwap<double>(c, d);
    cout << "c = " << c << endl;
    cout << "d = " << d << endl;
}


int main() {
    test01();
    cout << endl;
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 函数模板利用关键字 template
  • 使用函数模板有两种方式：自动类型推导、显示指定类型
  • 模板的目的是为了提高复用性，将类型参数化

6.2.2、函数模板注意事项

注意事项：

  • 自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T，才可以使用

  • 模板必须确定出T的数据类型，才可以使用

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//利用模板提供通用的交换函数
template<class T>
void mySwap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}


// 1、自动类型推导，必须推导出一致的数据类型T,才可以使用
void test01() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';

    mySwap(a, b); // 正确，可以推导出一致的T
    //mySwap(a, c); // 错误，推导不出一致的T类型

    cout << "a = " << a << endl;
    cout << "b = " << b << endl;
}


// 2、模板必须确定出T的数据类型，才可以使用
template<class T>
void func() {
    cout << "func 调用" << endl;
}

void test02() {
    //func(); //错误，模板不能独立使用，必须确定出T的类型
    func<int>(); //利用显示指定类型的方式，给T一个类型，才可以使用该模板
}

int main() {
    test01();
    cout << endl;
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 使用模板时，必须能确定出通用数据类型T，并且能够推导出一致的类型

6.2.3、函数模板案例

案例描述：

  • 利用函数模板封装一个排序的函数，可以对不同数据类型数组进行排序
  • 排序规则从大到小，排序算法为选择排序
  • 分别利用char数组和int数组进行测试

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//交换的函数模板
template<typename T>
void mySwap(T& a, T& b) {
    T temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

//排序的函数模板
//利用选择排序，进行对数组从大到小的排序
template<class T> // 也可以替换成typename
void mySort(T arr[], int len) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        //最大数的下标
        int max = i;
        for (int j = i + 1; j < len; j++) {
            if (arr[max] < arr[j]) {
                max = j;
            }
        }
        //如果最大数的下标不是i，交换两者
        if (max != i) {
            mySwap(arr[max], arr[i]);
        }
    }
}

//打印的函数模板
template<typename T>
void printArray(T arr[], int len) {
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        cout << arr[i] << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test01() {
    //测试char数组
    char charArr[] = "bdcfeagh";
    int num = sizeof(charArr) / sizeof(char);
    mySort(charArr, num);
    printArray(charArr, num);
}

void test02() {
    //测试int数组
    int intArr[] = { 7, 5, 8, 1, 3, 9, 2, 4, 6 };
    int num = sizeof(intArr) / sizeof(int);
    mySort(intArr, num);
    printArray(intArr, num);
}

int main() {
    test01();
    cout << endl;
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：模板可以提高代码复用

6.2.4、普通函数与函数模板的区别

普通函数与函数模板区别：

  • 调用普通函数时，可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
  • 调用函数模板时，如果是自动类型推导，不会发生隐式类型转换
  • 调用函数模板时，如果是显示指定类型，可以发生隐式类型转换

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

//普通函数
int myAdd01(int a, int b) {
    return a + b;
}

//函数模板
template<class T>
T myAdd02(T a, T b) {
    return a + b;
}

//使用普通函数时，可以发生自动类型转换（隐式类型转换）
void test01() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';

    cout << myAdd01(a, c) << endl; //正确，将char类型的'c'隐式转换为int类型  'c' 对应 ASCII码 99
}


//使用函数模板时，如果用自动类型推导，不会发生自动类型转换,即隐式类型转换
void test02() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    char c = 'c';

    //cout << myAdd02(a, c) << endl; // 报错，使用自动类型推导时，不会发生隐式类型转换
    cout << myAdd02<int>(a, c) << endl; //正确，如果用显示指定类型，可以发生隐式类型转换
}

int main() {
    test01();
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：建议使用显示指定类型的方式，调用函数模板，因为可以自己确定通用类型T

6.2.5、普通函数与函数模板的调用规则

调用规则如下：

  • 如果普通函数和函数模板都可以调用，则优先调用普通函数

  • 如果函数模板可以产生更好的匹配，则优先调用函数模板

  • 通过空模板参数列表，可以强制调用函数模板

  • 函数模板也可以发生重载

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

void myPrint(int a, int b) {
    cout << "调用的普通函数" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b) {
    cout << "调用的模板" << endl;
}

template<typename T>
void myPrint(T a, T b, T c) {
    cout << "调用重载的模板" << endl;
}

//1、如果普通函数和函数模板都可以调用，则优先调用普通函数
void test01() {
    // 注意 如果告普通函数只是声明没有实现，或者不在当前文件内实现，就会报错找不到
    int a = 10;
    int b = 20;

    myPrint(a, b); //调用普通函数
}

//2、如果函数模板可以产生更好的匹配，则优先调用函数模板
void test02() {
    char c1 = 'a';
    char c2 = 'b';

    myPrint(c1, c2); //调用函数模板
}

//3、通过空模板参数列表，可以强制调用函数模板
void test03() {

    int a = 10;
    int b = 20;

    myPrint<>(a, b); //调用函数模板
}

//4、函数模板也可以发生重载
void test04() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int c = 30;

    myPrint(a, b, c); //调用重载的函数模板
}

int main() {
    test01();
    test02();
    test03();
    test04();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：既然提供了函数模板，最好就不要提供普通函数，否则容易出现二义性

6.2.6、模板的局限性

局限性：

  • 模板的通用性并不是万能的

例如：

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template<class T>
void f(T a, T b) { 
    a = b;
}

在上述代码中，提供的赋值操作，如果传入的a和b是一个数组，就无法实现了

再例如：

1
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template<class T>
void f(T a, T b) { 
	if(a > b) { ... }
}

在上述代码中，如果T的数据类型传入的是Person这样的自定义数据类型，也无法正常运行

C++为了解决这种问题，提供模板的重载，可以为这些特定的类型提供具体化的模板

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

#include <string>

class Person {
public:
    Person(string name, int age) {
        this->m_Name = name;
        this->m_Age = age;
    }
    string m_Name;
    int m_Age;
};

//普通函数模板
template<class T>
bool myCompare(T& a, T& b) {
    if (a == b) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

//具体化，显示具体化的原型和定意思以template<>开头，并通过名称来指出类型
//具体化优先于常规模板
template<> bool myCompare(Person &p1, Person &p2) {
    if ( p1.m_Name  == p2.m_Name && p1.m_Age == p2.m_Age) {
        return true;
    } else {
        return false;
    }
}

void test01() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    
    //内置数据类型可以直接使用通用的函数模板
    bool ret = myCompare(a, b);
    if (ret) {
        cout << "a == b " << endl;
    } else {
        cout << "a != b " << endl;
    }
}

void test02() {
    Person p1("Tom", 10);
    Person p2("Tom", 10);
    
    //自定义数据类型，不会调用普通的函数模板
    //可以创建具体化的Person数据类型的模板，用于特殊处理这个类型
    bool ret = myCompare(p1, p2);
    if (ret) {
        cout << "p1 == p2 " << endl;
    } else {
        cout << "p1 != p2 " << endl;
    }
}

int main() {
    test01();
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 利用具体化的模板，可以解决自定义类型的通用化
  • 学习模板并不是为了写模板，而是在STL能够运用系统提供的模板

6.3、类模板

6.3.1、类模板语法

类模板的作用：

  • 建立一个通用类，类中的成员其数据类型可以不具体制定，用一个虚拟的类型来代表。

语法：

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template<typename T>
类

解释：

template — 声明创建模板

typename — 表面其后面的符号是一种数据类型，可以用class代替

T — 通用的数据类型，名称可以替换，通常为大写字母

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

#include <string>

//类模板
template<class NameType, class AgeType> 
class Person {
public:
    Person(NameType name, AgeType age) {
        this->mName = name;
        this->mAge = age;
    }

    void showPerson() {
        cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    }

public:
    NameType mName;
    AgeType mAge;
};

void test01() {
    // 指定NameType 为string类型，AgeType 为 int类型
    Person<string, int>P1("孙悟空", 999);
    P1.showPerson();
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：类模板语法和函数模板相似，在声明模板template后面加类，此类称为类模板

6.3.2、类模板与函数模板区别

类模板与函数模板的区别主要有两点：

  • 类模板不支持自动类型推导
  • 类模板在模板参数列表中可以有默认参数

示例：

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#include <string>
//类模板
template<class NameType, class AgeType = int> 
class Person
{
public:
	Person(NameType name, AgeType age)
	{
		this->mName = name;
		this->mAge = age;
	}
	void showPerson()
	{
		cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
	}
public:
	NameType mName;
	AgeType mAge;
};

//1、类模板没有自动类型推导的使用方式
void test01()
{
	// Person p("孙悟空", 1000); // 错误 类模板使用时候，不可以用自动类型推导
	Person <string ,int>p("孙悟空", 1000); //必须使用显示指定类型的方式，使用类模板
	p.showPerson();
}

//2、类模板在模板参数列表中可以有默认参数
void test02()
{
	Person <string> p("猪八戒", 999); //类模板中的模板参数列表 可以指定默认参数
	p.showPerson();
}

int main() {

	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

  • 使用类模板只能用显示指定类型方式
  • 类模板中的模板参数列表可以有默认参数

6.3.3、类模板中成员函数创建时机

类模板中的成员函数和普通类的中成员函数创建时机是有区别的：

  • 普通类中的成员函数一开始就可以创建
  • 类模板中的成员函数在调用时才创建

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

class Person1 {
public:
    void showPerson1() {
        cout << "Person1 show" << endl;
    }
};

class Person2 {
public:
    void showPerson2() {
        cout << "Person2 show" << endl;
    }
};

template<class T>
class MyClass {
public:
    T obj;

    //类模板中的成员函数，并不是一开始就创建的，而是在调用模板时再生成
    void fun1() { obj.showPerson1(); }
    void fun2() { obj.showPerson2(); }

};

void test01() {
    MyClass<Person1> m;

    m.fun1();

    //m.fun2();//编译会出错，说明函数调用才会去创建成员函数
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：类模板中的成员函数并不是一开始就创建的，而是在调用时才去创建

6.3.4、类模板对象做函数参数

类模板实例化出的对象，如何作为参数传给函数？

一共有三种传入方式：

  • 指定传入的类型。直接指定对象的数据类型
  • 参数模板化。将对象中的参数变为模板进行传递
  • 整个类模板化。将对象所属的类模板化进行传递

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#include<iostream>
using namespace std;

#include <string>

//类模板
template<class NameType, class AgeType = int>
class Person {
public:
    Person(NameType name, AgeType age) {
        this->mName = name;
        this->mAge = age;
    }

    void showPerson() {
        cout << "name: " << this->mName << " age: " << this->mAge << endl;
    }
public:
    NameType mName;
    AgeType mAge;
};

//1、指定传入的类型
void printPerson1(Person<string, int>& p) {
    p.showPerson();
}

void test01() {
    Person<string, int> p("孙悟空", 100);
    printPerson1(p);
}

//2、参数模板化
template <class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2>& p) {
    p.showPerson();
    cout << "T1的类型为： " << typeid(T1).name() << endl;
    cout << "T2的类型为： " << typeid(T2).name() << endl;
}

void test02() {
    Person<string, int> p("猪八戒", 90);
    printPerson2(p);
}

//3、整个类模板化
template<class T>
void printPerson3(T& p) {
    p.showPerson();
    cout << "T的类型为： " << typeid(T).name() << endl;
}

void test03() {
    Person<string, int> p("唐僧", 30);
    printPerson3(p);
}

int main() {
    test01();
    test02();
    test03();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：

  • 通过类模板创建的对象，可以有三种方式向函数中进行传参
  • 使用比较广泛是第一种：指定传入的类型

6.3.5、类模板与继承

当类模板遇到继承时，需要注意以下两点：

  • 当父类是一个类模板时，子类在声明的时候，要指定父类中T的数据类型。如果不指定，编译器无法给子类分配内存
  • 如果想灵活的指定父类中T的类型，子类也需变为类模板

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

template<class T>
class Base {
    T m;
};

//class Son:public Base  //错误，c++编译需要给子类分配内存，必须知道父类中T的类型才可以向下继承
class Son :public Base<int> //必须指定一个类型
{
};

void test01() {
    Son c;
}

//类模板继承类模板 ,可以用T2指定父类中的T类型
template<class T1, class T2>
class Son2 :public Base<T2> {
public:
    Son2() {
        cout << typeid(T1).name() << endl;
        cout << typeid(T2).name() << endl;
    }
};

void test02() {
    Son2<int, char> child1;
}


int main() {
    test01();
    test02();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：如果父类是类模板，子类需要指定出父类中T的数据类型

6.3.6、类模板成员函数类外实现

示例：

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#include<iostream>
using namespace std;

#include <string>

//类模板中成员函数类外实现
template<class T1, class T2>
class Person {
public:
    //成员函数类内声明
    Person(T1 name, T2 age);
    void showPerson();

public:
    T1 m_Name;
    T2 m_Age;
};

//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
}

//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
    cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

void test01() {
    Person<string, int> p("Tom", 20);
    p.showPerson();
}

int main() {
    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

总结：类模板中成员函数类外实现时，需要加上模板参数列表

6.3.7、类模板分文件编写

问题：类模板中成员函数创建时机是在调用阶段，导致分文件编写时链接不到

解决：

  • 方式1：直接包含.cpp源文件
  • 方式2：将声明（.h文件）和实现（.cpp文件）写到同一个文件中，并更改后缀名为.hpp（约定的名称，并不是强制）

示例：

person.hpp中代码：

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#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;

#include <string>

template<class T1, class T2>
class Person {
public:
    Person(T1 name, T2 age);
    void showPerson();
public:
    T1 m_Name;
    T2 m_Age;
};

//构造函数 类外实现
template<class T1, class T2>
Person<T1, T2>::Person(T1 name, T2 age) {
    this->m_Name = name;
    this->m_Age = age;
}

//成员函数 类外实现
template<class T1, class T2>
void Person<T1, T2>::showPerson() {
    cout << "姓名: " << this->m_Name << " 年龄:" << this->m_Age << endl;
}

类模板分文件编写.cpp中代码

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#include<iostream>
using namespace std;

//解决方式1，包含cpp源文件
//#include "person.cpp" 

//解决方式2，将声明和实现写到一起，文件后缀名改为.hpp
#include "person.hpp"

void test01() {
	Person<string, int> p("Tom", 10);
	p.showPerson();
}

int main() {
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

总结：主流的解决方式是第二种，将类模板成员函数写到一起，并将后缀名改为.hpp

6.3.8、类模板与友元

全局函数类内实现 - 直接在类中实现友元即可

全局函数类外实现 - 需要提前让编译器知道全局函数的存在

示例：

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#include <string>

//2、全局函数配合友元  类外实现 - 先做函数模板声明，下方在做函数模板定义，在做友元
template<class T1, class T2> class Person;

//如果声明了函数模板，可以将实现写到后面，否则需要将实现体写到类的前面让编译器提前看到
//template<class T1, class T2> void printPerson2(Person<T1, T2> & p); 

template<class T1, class T2>
void printPerson2(Person<T1, T2> & p)
{
	cout << "类外实现 ---- 姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
}

template<class T1, class T2>
class Person
{
	//1、全局函数配合友元   类内实现
	friend void printPerson(Person<T1, T2> & p)
	{
		cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄：" << p.m_Age << endl;
	}


	//全局函数配合友元  类外实现
	friend void printPerson2<>(Person<T1, T2> & p);

public:

	Person(T1 name, T2 age)
	{
		this->m_Name = name;
		this->m_Age = age;
	}


private:
	T1 m_Name;
	T2 m_Age;

};

//1、全局函数在类内实现
void test01()
{
	Person <string, int >p("Tom", 20);
	printPerson(p);
}


//2、全局函数在类外实现
void test02()
{
	Person <string, int >p("Jerry", 30);
	printPerson2(p);
}

int main() {

	//test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：建议全局函数做类内实现，用法简单，而且编译器可以直接识别

七、参考

C++教程

程序设计
#C++
C++程序设计：核心编程
https://kuberxy.github.io/2024/08/25/C++程序设计02：核心编程/
作者
Mr.x
发布于
2024年8月25日
许可协议