C++程序设计：自考知识点速记

todo

一、C++语言简介

1.1、C++语言的发展简史

1.2、C++语言的特点

1.3、C++语言的程序结构

二、面向对象的基本概念

2.1、结构化程序设计

2.2、面向对象程序设计的概念和特点

2.3、类的初步知识

2.4、类的示例程序剖析

2.5、访问对象的成员

通过对象访问成员变量的格式为：对象名.成员变量名

通过对象调用成员函数的格式为：对象名.成员函数名(参数表)

使用指针访问类成员的格式为：指针->成员名

2.6、类成员的可访问范围

public修饰的成员，可以在任何地方被访问

private修饰的成员，仅能在本类内被访问

protected修饰的成员，可以在本类及子类中被访问

没有使用访问修饰符的成员，默认是私有的，仅能在本类内被访问

设置私有成员的机制称为“隐藏”

“隐藏”的一个目的，就是强制对私有成员变量的访问，一定要通过公有成员函数进行

2.7、标识符的作用域与可见性

标识符的作用域，是指一个标识符在程序中的有效范围，即它在程序中的存在区域

标识符的可见性，是指在程序的哪个区域里可以使用

C++中标识符的作用域有函数原型作用域、局部作用域、类作用域（块作用域）和命名空间作用域

函数原型作用域，是最小的作用域。在声明函数原型时，形参的作用范围就是函数原型作用域

块，是指程序中使用相匹配的一对大括号括起来的一段程序

作用域局限在块内的称为局部作用域

对于在不同的作用域声明的标识符，可见性的一般原则为：

• 标识符要声明在前，引用在后

• 在同一个作用域中，不能声明同名的标识符

• 在没有互相包含关系的不同作用域中声明的同名标识符，互不影响

• 如果存在两个或多个具有包含关系的作用域，外层声明了一个标识符，而内层没有再次声明同名标识符，那么外层标识符在内层仍然可见；

  如果在内层声明了同名标识符，则外层标识符在内层不可见，这时称内层标识符隐藏了外层同名标识符，这种机制称为隐藏规则

三、类和对象进阶

3.1、构造函数

类中的特殊成员函数，属于类的一部分

创建对象时，由系统自动调用

函数名与类名相同，没有返回值

可以有多个构造函数，即构造函数允许重载

在声明类的构造函数时，可以同时给出函数体，这样的构造函数称为内联函数

构造函数也可以在类外定义

构造函数的声明中，形参的个数可以为0，即参数表为空

当类中没有定义任何构造函数时，系统会自动添加一个参数表为空、函数体也为空的构造函数，称为默认构造函数

假设，类的成员变量是x1，x2，…，xn，则在类体外定义构造函数时，通常有如下3种形式：

第一种形式：

类名::类名(形参1, 形参2, ..., 形参n):x1(形参1),x2(形参2), ...,xn(形参n) {}

第二种形式：

类名::类名(形参1, 形参2, ..., 形参n) {
    x1 = 形参1;
    x2 = 形参2;
    ...
    xn = 形参n;
}

第三种形式：

类名::类名() {
    x1 = 初始表达式1;
    x2 = 初始表达式2;
    ...
    xn = 初始表达式n;
}

构造函数参数的排列顺序可以是任意的，只要能保证与类的成员变量相对应即可

可以使用默认参数为成员变量赋初值，也就是说，构造函数中实参的个数可以少于类的成员变量的个数

复制构造函数是构造函数的一种，也称为拷贝构造函数

其作用是使用一个已经存在的对象去初始化另一个正在创建的对象

复制构造函数只有一个参数，参数类型是本类的引用

3.2、析构函数

类中的特殊成员函数

函数名与类名相同，且需要在类名前加一个~

没有返回值

一个类有且仅有一个析构函数

如果程序中没有定义析构函数，则编译器自动生成默认的析构函数，其函数体为空

不可以有多个析构函数，即析构函数不允许重载

3.3、类的静态成员

使用static，可以说明静态变量

根据定义的位置不同，分为静态全局变量和静态局部变量

全局变量，是指在花括号外声明的变量，其作用域范围是全局可见的，即在整个项目文件内都有效

静态全局变量，是指使用static修饰的全局变量，其作用域有所限制，仅在定义该变量的源文件内有效，项目中的其他源文件不能使用它

局部变量，是指在块内定义的变量，其作用域范围，从定义处开始到本块结束处为止

静态局部变量，是指使用static修饰的局部变量，其特点是具有局部作用域，但却具有全局生存期

静态变量，存储在全局数据区，只执行一次初始化

如果程序未显式给出初始值，则相当于初始化未0

如果程序显式给出了初始值，则在变量所在块第一次执行时完成初始化

类的静态成员有两种：静态成员变量和静态成员函数

类的静态成员被类的所有对象共享，不论有多少对象存在，静态成员都只有一份保存在公有内存中

对于静态成员变量，各对象看到的值是一样的

静态成员变量本质上是全局变量

对于一个类来说，哪怕它一个对象都不存在，其静态成员变量也存在

静态成员变量本质上是全局函数，不需要作用在某个具体的对象上

3.4、变量及对象的生存期和作用域

变量的生存期，是指变量所占据的内存空间由分配到释放的时期

对象的生存期，是从调用构造函数开始，到调用完析构函数为止

作用域分为：

• 全局域，包括程序作用域、文件作用域
• 局部域，包括类作用域、函数作用域，块作用域和函数原型作用域等

程序作用域，也称为多文件作用域，属于程序作用域的有通过extern关键字进行说明的外部变量以及外部函数等

3.5、常量成员和常引用成员

由关键字const修饰的类成员变量称为类的常量成员变量

类的常量成员变量必须进行初始化，而且只能通过构造函数的成员初始化列表的方式进行

使用const修饰的函数称为常量函数

定义常量对象或常量成员变量的一般格式为：

const 数据类型 常量名 = 表达式;

定义常量函数的格式为：

类型说明符 函数名(参数表) const;

3.6、成员对象和封闭类

如果类的成员变量是另一个类的对象，则该成员变量称为“成员对象”

这两个类是包含关系

包含成员对象的类叫作封闭类

在封闭类的构造函数中，添加初始化列表的格式如下：

封闭类::构造函数名(参数表):成员变量1(参数表), 成员变量2(参数表), ... {
    ...
}

3.7、友元

友元并不是面向对象的特征

是为了兼顾C语言的程序设计习惯与C++的信息隐藏特性而增加的功能

是一种类成员的访问权限

友元破坏了类的封装性和信息隐藏，但有助于数据共享，能够提高程序执行效率

友元使用关键字friend标识

在类定义中，当friend出现在函数说明语句的前面时，表示该函数为类的友元函数

一个函数可以是多个类的友元函数，一个类中也可以有多个友元函数

在类定义中，将一个全局函数声明为本类友元函数的格式如下：

friend 返回值类型 函数名(参数表)；

当有某类A的定义后，将类A的成员函数说明为本类的友元函数的格式如下：

friend 返回值类型 类A::类A的成员函数名(参数表);

在类中，声明友元类的格式如下：

friend class 类名;

友元的关系是单向的

若说明类B是类A的友元类，不等于类A也是类B的友元类

友元函数不是类的成员函数，但可以访问类中的所有成员

不能把其他类的所有成员函数声明为友元函数

友元函数不受类中的访问权限关键字的限制，可以把它放在公有、私有、保护部分，其结果都是一样的

3.8、this指针

在C++中，当调用一个成员函数时，系统自动向它传递一个隐含的参数

该参数是一个指向调用该函数的对象的指针，称为this指针

this指针是C++实现封装的一种机制

它将对象和该对象调用的成员函数联系在一起，从外部来看，好像每一个对象都拥有自己的成员函数

四、运算符重载

4.1、运算符重载的概念

C++中的表达式由运算符和操作数按照规则构成

运算符重载，是指给已有的运算符赋予多重含义，使同一个运算符作用于不同类型的数据时产生不同的行为

在C++中，不可以重载的运算符有：

• .
• .*
• ->*
• ::
• sizeof
• ?:

有两个运算符，系统提供了默认的重载版本，它们是：

• 赋值运算符=：系统默认重载为，对象成员变量的复制
• 地址运算符&：系统默认重载为，返回任何类对象的地址

运算符重载的实质是编写以运算符为名称的函数

当使用运算符表达式时，就被解释为对重载函数的调用

运算符重载函数的函数名，由关键字operator和其后要重载的运算符构成，其格式如下：

返回值类型 operator运算符(形参表) {
    函数体
}

在重载运算符时，有如下规则：

• 重载后，运算符的含义，应该符合原有的用法习惯
• 不能改变运算符原有的语义。包括运算符的优先级和结合性
• 不能改变运算符操作数的个数和语法结构
• 不能创建新的运算符
• 运算符()、[]、->和=，只能重载为成员函数，不能重载为全局函数
• 不能改变运算符用于基本数据类型对象的含义

4.2、重载赋值运算符

赋值运算符=，只能重载为成员函数

同类对象之间可以通过赋值运算符互相赋值

如果没有重载赋值运算符，则=作用是将其右侧对象的值一一赋值给左侧对象，这相当于值的拷贝，称为“浅拷贝”

重载赋值运算符，常用于实现“深拷贝”

4.3、重载流提取运算符和流插入运算符

右移运算符>>可以和cin一起用于输入，常被称为流提取运算符

左移运算符<<可以和cout一起用于输出，常被称为流插入运算符

流是标准类库，用户程序只能继承不能修改

重载函数不能是流类库中的成员，必须重载为类的友元

4.4、重载强制类型转换运算符

在C++中，类型的名字（包括类的名字），其本身也是一种运算符，即强制类型转换运算符

强制类型转换运算符是单目运算符，也可以被重载，但只能重载为成员函数，不能重载为全局函数

经过适当重载后，“(类型名)对象”这个对对象进行强制类型转换的表达式就等价于“对象.operator类型名()”，即变成对运算符函数的调用

4.5、重载自增、自减运算符

自增、自减运算符都可以被重载，但有前置和后置之分

区分前置和后置的方式是，在参数表中增加一个不使用的int类型

前置，是参数个数正常的重载函数

后置，是多出一个参数的重载函数

五、类的继承与派生

5.1、类的继承与类的派生

通过已有的类建立新类的过程，叫作类的派生

原来的类称为基类，也称为父类或一般类；新类称为派生类，也称为子类或特殊类

派生类派生自基类，或继承于基类，也可以说基类派生了派生类

派生类可以再作为基类派生新的派生类

从基类派生派生类的一般格式为：

class 派生类:继承方式说明符 基类名 {
    类体
}

继承方式说明符，指明如何控制基类成员再派生类中的访问属性

继承方式通常有3种，分别是public(共有继承)、private(私有继承)和protected(保护继承)

一般情况下都使用public，protected和private方式很少用到

派生类对象占用的存储空间大小 = 基类成员变量占用的存储空间大小 + 派生类对象自身成员变量占用的存储空间大小

可以使用sizeof()函数计算对象占用的字节数

为类对象分配空间时，遵循字节对齐原则

空类的大小是1，这是一种特殊情况

对象占用的存储空间包含对象中各成员变量占用的存储空间

对象的大小与普通成员变量有关，与成员函数和类中的静态成员无关

即普通成员函数、静态成员函数、静态成员变量、静态常成员变量等均对类对象的大小没有影响

基类的成员和派生类中新增的成员都具有类作用域

但二者的作用范围不同，是相互包含的两个层，派生类在内层，基类在外层

单继承，是指派生类只有一个基类

多继承，是指派生类有多个基类

5.2、访问控制

不论是哪种继承方式，基类中的私有成员，在派生类中都无法访问。

采用公有继承，基类中的公有成员和保护成员，在派生类中的访问权限不变

采用保护继承，基类中的公有成员，在派生类中的访问权限变为保护权限，基类中的保护成员，在派生类中的访问权限不变

采用私有继承，基类中的公有成员和保护成员，在派生类中的访问权限都变为私有权限

类型兼容，也称为赋值兼容，是指在任何需要基类对象的地方，都可以使用公有派生类的对象来替代

在公有派生情况下，有3条类型兼容规则：

• 派生类对象，可以赋值给基类对象
• 派生类对象，可以用来初始化基类引用
• 派生类对象的地址，可以赋值给基类指针，即派生类指针可以赋值给基类指针

5.3、派生类的构造函数和析构函数

在继承中，构造函数的调用顺序是：先基类，后派生类

在继承中，析构函数的调用顺序是：先派生类，后基类

如果基类定义了有参构造函数，那么派生类也要定义有参构造函数

5.4、类之间的关系

使用已有类，编写新类的方式，有两种：继承和组合

如果一个类的成员变量是另一个类的对象，则该类为封闭类

定义封闭类，其构造函数的一般形式为：

类名::类名(形参表):内嵌对象1(形参表):内嵌对象2(形参表)... {
    类体
}

5.5、多层次的派生

派生可以是多层次的

类之间的继承关系具有传递性

在定义派生类时，只需写直接基类，不用写间接基类

5.6、基类与派生类指针的互相转换

对于指针类型，可以使用基类指针指向派生类对象，也可以将派生类的指针直接赋值给基类指针

基类指针指向派生类对象时，不能通过基类指针访问基类中没有而仅在派生类中定义的成员

当派生类指针指向基类对象时，必须将基类对象进行强制类型转换，才能赋给派生类指针

六、多态与虚函数

6.1、多态的基本概念

多态，可以使同一个函数完成不同的功能

多态分为编译时多态和运行时多态

静态联编，是指在编译期间就可以确定函数的调用地址

动态联编，是指函数调用与代码入口地址的绑定需要在运行时刻才能确定

虚函数，是指类中的成员函数前加了virtual关键字

声明虚函数成员的一般格式如下：

virtual 函数返回值类型 函数名(参数表);

6.2、多态实例

使用多态能够增强程序的可扩充性

使用多态能够起到精简代码的作用

6.3、多态的使用

类的成员函数之间是可以相互调用的

在普通成员函数（静态成员函数、构造函数和析构函数除外）中调用其他虚成员函数也是允许的，并且是多态的

实现多态时，必须满足的条件是：使用基类指针或引用，调用基类中声明的虚函数

6.4、虚析构函数

声明虚析构函数的格式为：virtual ~类名();

虚析构函数没有返回值类型，没有参数

如果一个类的析构函数是虚函数，则由它派生的所有子类的析构函数也是虚析构函数

6.5、纯虚函数和抽象类

纯虚函数，是指基类中的虚函数，没有具体的定义，而由各派生类根据实际需要给出各自的定义

声明纯虚函数的一般格式为：virtual 函数类型 函数名(参数表)=0;

包含纯虚函数的类称为抽象类

七、输入/输出流

7.1、流类简介

在C++的标准类库中，将与数据输入/输出相关的类统称为“流类”

istream类提供了流的大部分输入操作，对系统预定义的所有输入流，都重载了流提取运算符>>

ostream类提供了流的大部分输出操作，对系统预定义的所有输出流，都重载了流插入运算符<<

istream类和ostream类共同派生了iostream类

在流类中，常见的头文件有3个：iostream、fstream和iomanip。其中：

• 头文件iostream，包含操作所有输入/输出流所需的基本信息
• 头文件fstream，包含处理文件的有关信息，提供建立文件、读写文件的各种操作接口
• 头文件iomanip，包含格式I/O的有参流操纵符

7.2、标准流对象

标准流对象，是C++为用户提供的，用于外设与内存之间的通信，对数据进行解释和传输，提供必要的数据缓冲等

C++在头文件iostream中，为用户预定义了4个标准流对象，分别是：

• cin（标准输入流）：与标准输入设备（键盘）相关联，用于读取数据，可以被重定向为从文件中读取数据
• cout（标准输出流）：与标准输出设备（显示器）相关联，用于输出数据，可以被重定向为向文件里写入数据
• cerr（无缓冲的错误输出流）：与标准错误信息输出设备（显示器）相关联，用于输出错误信息，不能被重定向（无缓冲）
• clog（有缓冲的错误输出流）：与标准错误信息输出设备（显示器）相关联，用于输出错误信息，不能被重定向（有缓冲）

所谓重定向，就是改变默认的输入来源，或改变默认的输出目的地

7.3、控制I/O格式

C++进行I/O格式控制的方式，一般有：使用流操纵符、设置标志字和调用成员函数

为了满足不同用户对数据输入/输出格式的要求，C++提供了setiosflags()函数，设置标志字，进行格式控制

setiosflags()是有参数的操纵符，在头文件iostream中，用来设置指定的标志，函数的参数为流的格式标志位

7.4、调用cout的成员函数

ostream类提供了在cout中控制输出格式的成员函数，常见的用于控制格式的成员函数原型如下：

• 设置和返回标志字：

  • long flags(long lFlags);
  • long flags() const;

• 设置标志位：

  • long setf(long lFlags);
  • long setf(long lFlags, long lMask);

• 消除标志位：

  • long unsetf(long lFlags);

• 设置和返回输出宽度：

  • int width(int nw);
  • int width() const;

• 设置填充字符：

  • char fill(char cFill);
  • char fill() const;

• 设置数据显示精度：

  • int precision(int np);
  • int precision() const;

ostream类有一些输出流的成员函数，其原型如下：

• 字符插入：ostream& put(char c);
• 数据块插入：ostream& write(const char *pch, int nCount);

7.5、调用cin的成员函数

get()函数从输入流中读入一个字符（包括空白字符），返回值就是该字符的ASCII码

getline()函数从输入流中的当前字符开始读取bufSize-1个字符到缓冲区buf中，或读到‘\n’为止

eof()函数用于判断输入流是否已经结束

ignore()函数用于跳过输入流中的n个字符，或跳过delim及其之前的所有字符

peek()函数返回输入流中的当前字符，但是并不会将该字符从输入流中取走

八、文件操作

8.1、文件基本概念和文件流类

在计算机中，通常将一些内容相关的信息组织起来，保存在一起并用一个名字标识，这就是文件

根据文件的编码方式不同，文件可分为文本文件和二进制文件

根据文件的存取方式不同，文件可分为顺序存取文件和随机存取文件

流是一个逻辑概念，是对所有外部设备的逻辑抽象

C++标准库中有3个流类可以用于文件操作：

• ifstream
• ofstream
• fstream

8.2、打开和关闭文件

在对文件进行读写操作之前，先要打开文件。打开文件有两个目的：

• 一是，建立关联
• 二是，指明文件的使用方式和文件格式

打开文件的方式有两种：

• 先建立流对象，然后调用open()函数连接外部文件。格式如下：
  • 流类名 对象名;
  • 对象名.open(文件名, 模式);
• 调用流类的有参构造函数，在建立流对象的同时连接外部文件。格式如下：
  • 流类名 对象名(文件名, 模式);

文件操作完毕后，需要关闭

关闭文件使用fstream中的成员函数close()

8.3、文件读写操作

文本文件存储数据时，以ASCII码形式保存数据

二进制文件以基本类型数据的二进制形式存放

调用ifstream或fstream的read()成员函数，从文件中读取数据

调用ofstream或fstream的write()成员函数，向文件中写入数据

打开二进制文件，需要使用binary方式，如open("person.txt", ios::out | ios::binary)

类ifstream和类fstream的成员函数get()，可以从文件中一次读取一个字节

类ofstream和类fstream的成员函数pu()，可以向文件中一次写入一个字节

8.4、随机访问文件

如果一个文件只能进行顺序存取操作，则称为顺序文件

典型的顺序文件（设备）是键盘、显示器和保存在磁带上的文件

如果一个文件可以在文件的任意位置进行存取操作，则称为随机文件

典型的随机文件时磁盘文件

顺序访问，是指严格按照数据保存的次序，从头到尾访问文件

随机访问，是指根据需要在文件的不同位置进行访问

在C++中，每个流都有一个流指针，它由系统控制，会随着对流的各种操作在字节流中移动

类istream、类ifstream和类fstream中的成员函数seekg()，可以设置文件读取指针的位置

类ostream、类ofstream和类fstream中的成员函数seekp()，可以设置文件写入指针的位置

九、函数模板与类模板

9.1、函数模板

为了提高效率，实现代码复用，C++提供了一种处理机制，函数模板

定义函数模板的一般格式如下：

template<模板参数列表>
返回类型名 函数模板名(参数列表) {
    函数体的定义
}

定义函数模板，以关键字template开头，其后是使用尖括号<>括起来的“模板参数列表”

函数指针只能指向模板的实例，不能指向模板本身

函数模板可以重载，只要它们的形参表不同即可

函数模板实例化过程由编译器完成，生成模板函数

9.2、类模板

当需要编写多个形式和功能都相似的类时，可以使用类模板机制

类是对一组对象的公共性质的抽象

类模板是对不同类公共性质的抽象

类模板属于更高层次的抽象

通过类模板，可以实例化一个个的类

声明类模板的一般格式如下：

template<模板参数列表>
class 类模板名 {
    类定义
}

如果在类模板外定义其成员函数，则要采用以下格式：

template<模板参数列表>
返回类型名 类模板名<模板参数列表>::成员函数名(参数表) {
    函数体
}

当使用类模板创建对象时，要随类模板名给出具体的类型形参或普通形参的具体实参，格式如下：

类模板名<模板参数列表> 对象名1, ..., 对象名n;

或

类模板名<模板参数列表> 对象名1(构造函数实参), ..., 对象名n(构造函数实参);

由类模板生成类的过程称为类模板的实例化

由类模板实例化得到的类称为模板类

类模板和类模板之间、类模板和普通类之间可以互相继承，它们之间的常见派生关系有以下4种情况：

• 普通类继承模板类
• 类模板继承普通类
• 类模板继承类模板
• 类模板继承模板类

如果类模板的成员函数定义在类中，则其自动成为内联函数