本文围绕C++面向对象的三大特性——封装、继承、多态展开。详细介绍了封装的意义、权限控制等；阐述对象初始化和清理的构造与析构函数；讲解this指针、友元、运算符重载；还分析继承的语法、方式及多态的原理、案例等，助于掌握C++面向对象编程。
C++面向对象的三大特性为：封装、继承、多态。
C++认为万事万物都皆为对象，对象上有起属性和行为。
1 封装
1.1 封装的意义
封装是C++面向对象三大特性之一。
封装的意义：
- 将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物。
- 将属性和行为加以权限控制。
语法：class 类名{ 访问权限： 属性 / 行为 };
示例1： 设计一个圆类，求圆的周长
#include<iostream>
using namespace std;
// 圆周率
const double PI = 3.14;
// 1.封装的意义
// 将属性和行为作为一个整体，用来表现生活中的事物
// 封装一个圆类，求圆的周长
// class代表设计一个类，后面跟着类名
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
// cl 就是一个具体的圆；实例化，通过一个类创建一个对象的过程
Circle cl;
cl.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：" << cl.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
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Student
{
public: // 公共权限
// 类中的属性和行为，统一称为 成员
// 属性 成员属性 成员变量
// 行为 成员函数 成员方法
// 属性
string m_Name;
int m_Id;
// 行为
void setName(string name)
{
m_Name = name;
}
void setID(int id)
{
m_Id = id;
}
void showMessage()
{
cout << "学生姓名：" << m_Id <<"\t";
cout << "学号：" << m_Name <<endl;
}
};
int main() {
Student s;
string name;
int student_id;
cout << "请输入学生姓名：" << endl;
cin >> name;
s.setName(name);
cout << "请输入学号：" << endl;
cin >> student_id;
s.setID(student_id);
s.showMessage();
system("pause");
return 0;
}
1.2 封装的权限控制
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
示例：
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
// 访问权限
// 公共权限 public 成员 类内可以访问 类外可以访问
// 保护权限 protected 成员 类内可以访问 类外不可以访问 儿子可以访问父亲中的保护内容
// 私有权限 private 成员 类内可以访问 类内不可以访问 儿子不可以访问父亲中的私有内容
class Person
{
public:
string m_Name;
protected:
string m_Car;
private:
int m_Password;
public:
void func()
{
m_Name = "张三";
m_Car = "拖拉机";
m_Password = 123456;
}
};
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;
}
1.3 struct和class区别
在C++中struct和class唯一区别就在于默认的访问权限不同。
区别：
- struct默认权限为公共
- class默认权限为私有
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
class C1
{
int m_A; // 默认是私有权限
};
struct C2
{
int m_A;
};
int main() {
C1 c1;
//c1.m_A = 10; // 正确，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;
}
1.4 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：
#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()
{
m_Age = 0;
return m_Age;
}
// 设置年龄
void setAge(int age)
{
if (age < 0 || age > 150)
{
cout << "年龄输入有误！" << endl;
return;
}
m_Age = age;
}
// 情人设置为只写
void setAddress(string address)
{
m_Address = address;
}
private:
string m_Name; // 可读可写 姓名
int m_Age; // 只读 年龄
string m_Address; // 只写 地址
};
int main() {
Person p;
// 姓名设置
p.setName("张三");
cout << "姓名：" << p.getName() << endl;
// 年龄设置
//p.m_Age // 只读不可访问
p.setAge(5000);
cout << "年龄：" << p.getAge() << endl;
// 地址设置
p.setAddress("北京");
//cout << "地址：" << p.m_Address << endl; // 只写属性，不可以读取
system("pause");
return 0;
}
1.5 练习案例1：设计立方体类
设计立方体类；
求出立方体的面积和体积；
分别用全局函数和成员函数判断两个立方体是否相等。
#include<iostream>
using namespace std;
class Cube
{
public:
// 设置长 获取长
void setL(int l)
{
m_L = l;
}
int getL()
{
return m_L;
}
// 设置宽 获取宽
void setW(int w)
{
m_W = w;
}
int getW()
{
return m_W;
}
// 设置高 获取高
void setH(int h)
{
m_H = h;
}
int getH()
{
return m_H;
}
// 获取立方体面积
int calculateS()
{
return (m_L * m_W + m_L * m_H + m_W * m_H) * 2;
}
// 获取立方体体积
int calculatesV()
{
return m_L * m_W * m_H;
}
// 利用成员函数判断 两个立方体是否相等
bool isSameByClass(Cube &c)
{
if (m_L == c.getL() && m_W == c.getW() && m_H == c.getH())
{
return true;
}
return false;
}
private:
int m_L; // 长
int m_W; // 宽
int m_H; // 高
};
// 利用全局函数判断 两个立方体是否相等
bool isSame(Cube &c1, Cube &c2)
{
if (c1.getL() == c2.getL() && c1.getW() == c2.getW() && c1.getH() == c2.getH())
{
return true;
}
return false;
}
int main() {
// 创建立方体对象
Cube c1;
c1.setL(10);
c1.setW(10);
c1.setH(10);
cout << "c1的面积为：" << c1.calculateS() << endl;
cout << "c1的体积为：" << c1.calculatesV() << endl;
// 创建第二个立方体对象
Cube c2;
c2.setL(10);
c2.setW(130);
c2.setH(10);
// 利用全局函数判断 两个立方体是否相等
bool ret = isSame(c1, c2);
if(ret)
{
cout << "c1和c2是相等的" << endl;
}
else
{
cout << "c1和c2是不相等的" << endl;
}
// 利用成员函数判断 两个立方体是否相等
ret = c1.isSameByClass(c2);
if (ret)
{
cout << "成员函数判断：c1和c2是相等的" << endl;
}
else
{
cout << "成员函数判断：c1和c2是不相等的" << endl;
}
system("pause");
return 0;
}
1.6 练习案例2：点和圆的关系
设计一个圆形类（Circle），和一个点类（Point），计算点和圆的关系。
1.6.1 单文件编写
#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
// 点类
class Point
{
public:
// 设置坐标x 获取坐标x
void setX(int x)
{
m_X = x;
}
int getX()
{
return m_X;
}
// 设置坐标y 获取坐标y
void setY(int y)
{
m_Y = y;
}
int getY()
{
return m_Y;
}
private:
int m_X;
int m_Y;
};
// 圆类
class Circle
{
public:
// 设置半径 获取半径
void setR(int r)
{
m_R = r;
}
int getR()
{
return m_R;
}
// 设置圆心坐标 获取圆心坐标
void setCenter(Point center)
{
m_Center = center;
}
Point getCenter()
{
return m_Center;
}
private:
int m_R;
// 在类中可以让另一个类 作为本类的成员
Point m_Center;
};
// 判断点和圆的关系
void isInCircle(Circle &c , Point &p)
{
double distance = sqrt(pow(c.getCenter().getX() - p.getX(), 2) + pow(c.getCenter().getY() - p.getY(), 2));
if (distance == c.getR())
{
cout << "点在圆上" << endl;
}
else if(distance >= c.getR())
{
cout << "点在圆外" << endl;
}
else
{
cout << "点在圆内" << endl;
}
}
int main() {
// 创建圆
Circle c;
c.setR(10);
Point center; // 设置圆心坐标
center.setX(10);
center.setY(0);
c.setCenter(center);
// 创建点
Point p;
p.setX(10);
p.setY(10);
// 判断关系
isInCircle(c, p);
system("pause");
return 0;
}
1.6.2 分文件编写
将一个类拆分成多个文件编写，头文件写声明，源文件写实现，案例中将点类和圆类分为point.h/point.cpp、circle.h/circle.cpp。
示例：
point.h代码：
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
// 点类
class Point
{
public:
// 设置坐标x 获取坐标x
void setX(int x);
int getX();
// 设置坐标y 获取坐标y
void setY(int y);
int getY();
private:
int m_X;
int m_Y;
};
point.cpp代码：
#include"point.h"
// 设置坐标x 获取坐标x
void Point::setX(int x)
{
m_X = x;
}
int Point::getX()
{
return m_X;
}
// 设置坐标y 获取坐标y
void Point::setY(int y)
{
m_Y = y;
}
int Point::getY()
{
return m_Y;
}
circle.h代码：
#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include"point.h"
// 圆类
class Circle
{
public:
// 设置半径 获取半径
void setR(int r);
int getR();
// 设置圆心坐标 获取圆心坐标
void setCenter(Point center);
Point getCenter();
private:
int m_R;
// 在类中可以让另一个类 作为本类的成员
Point m_Center;
};
circle.cpp代码：
#include"circle.h"
// 设置半径 获取半径
void Circle::setR(int r)
{
m_R = r;
}
int Circle::getR()
{
return m_R;
}
// 设置圆心坐标 获取圆心坐标
void Circle::setCenter(Point center)
{
m_Center = center;
}
Point Circle::getCenter()
{
return m_Center;
}
主程序代码：
#include<iostream>
#include<cmath>
using namespace std;
#include "point.h"
#include "circle.h"
// 判断点和圆的关系
void isInCircle(Circle &c , Point &p)
{
double distance = sqrt(pow(c.getCenter().getX() - p.getX(), 2) + pow(c.getCenter().getY() - p.getY(), 2));
if (distance == c.getR())
{
cout << "点在圆上" << endl;
}
else if(distance >= c.getR())
{
cout << "点在圆外" << endl;
}
else
{
cout << "点在圆内" << endl;
}
}
int main() {
// 创建圆
Circle c;
c.setR(10);
Point center; // 设置圆心坐标
center.setX(10);
center.setY(0);
c.setCenter(center);
// 创建点
Point p;
p.setX(10);
p.setY(10);
// 判断关系
isInCircle(c, p);
system("pause");
return 0;
}
2 对象的初始化和清理
- 生活中我们买的电子产品都基本会有出厂设置，在某一天我们不用时候也会删除掉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清理数据的设置。
2.1 构造函数和析构函数
对象的初始化和清理也是两个非常重要的安全问题。一个对象或者没有初始状态，对其使用后果是未知的；同样的使用完一个对象或变量，没有及时清理，也会造成一定的安全问题。
C++利用了构造函数和析构函数解决上述问题，这两个函数将会被编译器自动调用，完成对象初始化和清理工作，对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情，因此如果我们不提供构造和析构，编译器会提供编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。
- 构造函数:：主要作用在于创建对象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系统自动调用，执行一些清理工作。
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
- 程序在调佣对象时候会自动调用构造，无须手动调用，而且只会调用一次
析构函数语法 ~类名(){}
- 析构函数，没有返回值也不写void
- 函数名称与类名相同，在名称前面加上符号 ~
- 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
- 程序在对象销毁前会自动调用析构，无须手动调用，而且只会调用一次
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
// 对象的初始化和清理
class Person
{
public:
// 构造函数 进行初始化操作
// 没有返回值
// 函数名 与类名相同
// 构造函数可以有参数，可以发生重载
// 创建对象的时候，构造函数会自动调用，而且只调用一次
Person()
{
cout << "Person的构造函数" << endl;
}
// 析构函数 进行清理的操作
// 没有返回值 不写void
// 析构函数不可以有参数，不可以发生重载
//对象销毁前，会自动调用析构函数，而且只会调用一次
~Person()
{
cout << "Person的析构函数" << endl;
}
};
void test01()
{
Person p;
}
int main() {
test01();
//Person p;
system("pause");
return 0;
}
2.2 构造函数的分类及调用
两种分类方式：
按参数分为：有参构造和无参构造
按类型分为：普通构造和拷贝构造
三种调用方式：
括号法
显式法
隐式转换法
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
// 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 << "Person的无参构造函数调用！" << endl;
}
// 有参构造函数
Person(int a)
{
age = a;
cout << "Person的有参构造函数调用！" << endl;
}
// 拷贝构造函数
Person(const Person &p)
{
// 将输入的人身上的所有属性，拷贝到我身上
age = p.age;
cout << "Person的拷贝构造函数调用！" << endl;
}
// 析构函数
~Person()
{
cout << "Person的析构函数调用" << endl;
}
int age;
};
void test01()
{
cout << "test01" << endl;
Person p; // 调用无参构造函数
}
void test02()
{
cout << "test02" << endl;
// 1. 括号法 常用
//Person p1; // 默认构造函数的调用
//Person p2(10); // 有参构造函数调用
//Person p3(p2); // 拷贝构造函数调用
//cout << "p2的年龄为：" << p2.age <<endl;
//cout << "p3的年龄为：" << p3.age << endl;
// 注意事项：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，不会认为是创建对象
//Person p1();
// 2. 显式法
//Person p1; // 默认构造函数的调用 方法不变
Person p2 = Person(10); // 有参构造
Person p3 = Person(p2); // 拷贝构造
Person(10); // 匿名对象 特点：当前执行结束后，系统会立即回收
cout << "aaaa" << endl; // 打印输出aaaz之前是person的析构函数
// 注意事项
// 不要利用拷贝函数 初始化匿名对象 编译器会认为Person(p3) 等价于 Person p3 认为是对象声明
//Person(p3);
// 3. 隐式转换法
Person p4 = 10; // 相当于 写了 Person p4 = Person(10); 有参构造
Person p5 = p4; // 拷贝构造
}
int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
2.3 拷贝构造函数调用的时机
C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况
- 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
- 值传递的方式给函数参数传值
- 以值方式返回局部对象
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
// 拷贝构造函数调用时机
class Person
{
public:
Person()
{
cout << "Person默认构造函数调用" << endl;
}
Person(int age)
{
cout << "Person有参构造函数调用" << endl;
m_Age = age;
}
Person(const Person &p)
{
cout << "Person拷贝构造函数调用" << endl;
m_Age = p.m_Age;
}
~Person()
{
cout << "Person析构函数调用" << endl;
}
int m_Age;
};
// 1、使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
void test01()
{
Person p1(10);
Person p2(p1);
cout << "p2的年龄：" << p2.m_Age << endl;
}
// 2、值传递的方式给函数参数值传值
void doWork(Person p)
{
cout << "aaa" << endl;
}
void test02()
{
Person p;
doWork(p); // 此处传入的实参p和 形参Person p 不是一个p
}
// 3、值方式返回局部对象
Person doWork()
{
Person p1; // 局部变量p1函数运行完释放
cout << (int*)&p1 << endl;
return p1; // 返回新创建一个p1
}
void test03()
{
Person p = doWork();
cout << (int*)&p << endl;
}
int main()
{
//test01();
//test02();
test03();
system("pause");
return 0;
}
运行效果图：
2.4 构造函数调用原则
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，对属性进行拷贝
构造函数调用规则如下：
- 如果用户定义有参构造函数，C++不再提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造
- 如果用户自定义拷贝构造函数，C++不会再提供其他构造函数
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
// 构造函数的调用原则
// 1、创建一个类，C++编译器会给每一个类都添加至少3个函数
// 默认构造 （空实现）
// 析构函数 （空实现）
// 拷贝构造 （值拷贝）
// 2、如果我们写了有参构造函数，编译器就不再提供默认构造，依然提供拷贝构造
// 如果我们写了拷贝构造函数，编译器就不再提供其他普通构造函数了
class Person
{
public:
Person()
{
cout << "Person的默认构造函数调用" << endl;
}
Person(int age)
{
cout << "Person的有参构造函数调用" << endl;
m_Age = age;
}
Person(const Person &p)
{
cout << "Person的拷贝构造函数调用" << endl;
m_Age = p.m_Age;
}
~Person()
{
cout << "Person的析构函数调用" << endl;
}
int m_Age;
};
void test01()
{
Person p; // 如果注释掉 Person类中默认构造函数, 编译器不再提供默认构造函数 报错
p.m_Age = 18;
Person p2(p); // 如果注释掉Person类中拷贝构造函数，自动调用默认拷贝构造函数 打印结果 不显示 "Person的拷贝构造函数调用"
cout << "p2的年龄为：" << p2.m_Age << endl;
}
void test02()
{
Person p; // 如果注释掉 Person类中默认构造函数, 编译器不再提供默认构造函数 报错
}
void test03()
{
// 如果注释掉Person类中的默认构造函数、有参构造函数，只保留拷贝构造函数 报错：不存在默认构造函数 无合适构造函数可用
// 原因：写了拷贝构造函数，编译器就不再提供其他普通构造函数
Person p;
Person p1(20);
Person p2(p1);
}
int main() {
//test01();
test02();
test03();
system("pause");
return 0;
}
2.5 深拷贝与浅拷贝
浅拷贝：简单的赋值操作
深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
Person()
{
cout << "Person的默认构造函数调用" << endl;
}
Person(int age, int height)
{
cout << "Person的有参构造函数调用" << endl;
m_Age = age;
m_Height = new int(height); // new int返回值类型是int *
}
Person(const Person &p)
{
cout << "Person的拷贝构造函数调用" << 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 = p.m_Height; // 默认浅拷贝（简单赋值） 编译器默认实现这行代码
m_Height = new int(*p.m_Height);
}
~Person()
{
cout << "Person的析构函数调用" << endl;
// 将堆区开辟的数据做释放操作
if (m_Height != NULL)
{
delete m_Height;
}
}
int m_Age; // 年龄
int *m_Height; // 身高
};
void test01()
{
Person p1(18 , 160);
cout << "p1的年龄为：" << p1.m_Age << "身高为：" << *p1.m_Height << endl;
Person p2(p1);
cout << "p2的年龄为：" << p2.m_Age << "身高为：" << *p2.m_Height << endl;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结： 如果属性有在堆区开辟的，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题
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),属性3(值3)…{}
示例：
#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 << "m_A：" << m_A << endl;
cout << "m_B：" << m_B << endl;
cout << "m_C：" << m_C << endl;
}
private:
int m_A;
int m_B;
int m_C;
};
int main() {
Person p(10, 20, 30);
p.PrintPerson();
system("pause");
return 0;
}
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，我们称为 对象成员。
例如：
class A {}
class B
{
A a
}
B类中有对象A作为成员，A为对象成员
当其他类对象作为本类成员，构造时候先构造类对象，再构造自身， 析构的顺序与构造相反
示例：
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Phone
{
public:
Phone(string name)
{
m_PhoneName = name;
cout << "Phone的构造函数调用" << endl;
}
~Phone()
{
cout << "Phone的析构函数调用" << endl;
}
string m_PhoneName;
};
class Person
{
public:
// Phone m_Phone = pName 隐式转换法
Person(string name,string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName)
{
cout << "Person的构造函数调用" << endl;
}
~Person()
{
cout << "Person的析构函数调用" << endl;
}
string m_Name; // 姓名
Phone m_Phone; // 手机
};
// 当其他类对象作为本类成员，构造时候先构造类对象，在构造自身， 析构的顺序与构造相反
void test01()
{
// 构造顺序：先调用对象成员的构造，再调用本类的构造
// 析构顺序与构造相反
Person p("张三", "华为");
cout << p.m_Name << "使用" << p.m_Phone.m_PhoneName << "牌手机！" << endl;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
2.8 静态成员
静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员。
静态成员分为：
- 静态成员变量
- 所有对象共享同一份数据
- 在编译阶段分配内存
- 类内声明，类外初始化
- 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
#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
static int m_A; // 静态成员变量
// 静态成员变量特点
// 1.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
private:
static int m_B; // 静态成员变量也是有访问权限的
};
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、通过对象访问
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; // 所有对象共享同一份数据
cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;
// 2、通过类名访问
cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;
//cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; // 类外访问不到私有静态变量成员
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
示例2： 静态成员函数
#include<iostream>
using namespace std;
// 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
class Person
{
public:
static void func()
{
m_A = 100; // 静态成员函数可以访问 静态成员变量
//m_B = 200; // 静态成员函数 不可以访问 非静态成员变量， 无法区分到底是哪个对象的m_B属性
cout << "static void func调用" << endl;
}
static int m_A; // 静态成员变量
int m_B; // 非静态成员变量
// 静态成员函数也是有访问权限的
private:
static void func2()
{
cout << "static void func2调用" << endl;
}
};
int Person::m_A = 0;
void test01()
{
// 1、通过对象访问
Person p;
p.func();
// 2、通过类名访问
Person::func();
//Person::func2(); // 类外访问不到私有静态成员函数
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
3 C++对象模型和this指针
3.1 成员变量和成员函数分开存储
在C++中，类内成员变量和成员函数分开存储；
只有非静态成员变量才属于类的对象上。
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
// 成员变量 和 成员函数 分开存储的
class Person
{
int m_A; // 非静态成员变量 属于类的对象上 占对象空间
static int m_B; // 静态成员变量 不属于类对象上 不占对象空间
// 函数也不占用对象空间，所有函数共享一个函数实例
void func() {}; // 非静态成员函数 不属于类对象上 不占对象空间
static void func2() {}; // 静态成员函数 不属于类对象上 不占对象空间
};
int Person::m_B = 10;
void test01()
{
Person p;
// 空对象占用内存空间为：1
// C++编译器会给每个空对象也分配一个字节空间，是为了区分空对象占内存的位置
// 每个空对象也应该有一个独一无二的内存地址
cout << "size of p = " << sizeof(p)<< endl;
}
void test02()
{
Person p;
cout << "size of p = " << sizeof(p) << endl;
}
int main()
{
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
3.2 this指针概念
每一个非静态成员函数只会诞生一份函数实例，也就是说多个同类型的对象会共用一块代码。
那么问题是: 这一块代码是如何区分哪个对象调用自己的呢?
C++通过提供特殊的对象指针，this指针，解决上述问题。this指针指向被调用的成员函数所属的对象。
this指针是隐含每一个非静态成员函数内的一种指针；
this指针不需要定义，直接使用即可。
this指针的用途：
- 当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
- 在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用return *this
#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; // this指针指向 被调用的成员函数 所属的对象
}
Person& PersonAddPerson(Person p) // 如果使用返回值的形式 会新（复制）创建一个对象； 使用引用的形式，不会新创建对象
{
this->age += p.age;
// 2、返回对象本身
return *this; // this指向p2的指针，而*this指向的就是p2这个对象本体
}
int age;
};
void test01()
{
Person p1(10);
cout << "p1.age = " << p1.age << endl;
Person p2(10);
// 链式编程思想
p2.PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1);
cout << "p2.age = " << p2.age << endl;
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
3.3 空指针访问成员函数
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：
#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
void showClassName()
{
cout << "this is Person class" << endl;
}
void showPersonAge()
{
// 报错原因是因为传入的指针为NULL，this没有指向确定的对象，相当于没有对象实体
if (this == NULL)
{
return;
}
cout << "age = " << this->m_Age << endl; // 如果不加if判断 引发了异常: 读取访问权限冲突。this 是 nullptr
}
int m_Age;
};
void test01()
{
Person * p = NULL;
p->showClassName();
p->showPersonAge();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
3.4 const修饰成员函数
常函数：
- 成员函数后加const我们称为这个函数为常函数
- 常函数不可以修改成员属性
- 成员属性声明时加关键字mutable后，在常函数中依然可以修改
常对象：
- 声明对象前加const称该对象为常对象
- 常对象只能调用常函数
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
// 常函数
class Person
{
public:
// this指针的本质 是指针常量 指针的指向是不可以修改的
void showPerson() const // const Person * const this
{
this->m_B = 100;
// this（指针常量）因为函数后面加了const，相当于 const Person * const this 指向和指向的值都不允许修改
//this->m_A = 100;
//this = NULL; // this（指针常量）指针不可以修改指针的指向
cout << "this = " << this << endl;
}
void func() {};
int m_A;
mutable int m_B; // 特殊变量，即使在常函数中，也可以修改这个值，加关键字mutable
};
void test01()
{
Person p;
p.showPerson();
}
void test02()
{
const Person p; // 在对象前加const，变为常对象
//p.m_A = 100; // 常对象不能修改普通成员变量
p.m_B = 200; // m_B是特殊值，再常对象下也可以修改
// 常对象只能调用常函数
p.showPerson();
//p.func(); // 常对象，不可以调用普通成员函数，因为普通成员函数可以修改属性
}
int main() {
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
4 友元
生活中你的家有客厅(Public)，有你的卧(Private)。
客厅所有来的客人都可以进去，但是你的卧室是私有的，也就是说只有你能进去。但是你也可以允许你的好朋友进去。
在程序里，有些私有属性 也想让类外特殊的一些函数或者类进行访问，就需要用到友元的技术。
友元的目的就是让一个函数或者类 访问另一个类中私有成员。
友元的关键字为 friend
友元的三种实现：
- 全局函数做友元
- 类做友元
- 成员函数做友元
4.1 全局函数做友元
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Building
{
// 告诉编译器 goodFriend全局函数 是Building类的好朋友，可以访问类中的私有内容
friend void goodFriend(Building * building);
public:
Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
public:
string m_SittingRoom; // 客厅
private:
string m_BedRoom; // 卧室
};
void goodFriend(Building * building)
{
cout << "你的好朋友正在访问：" << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "你的好朋友正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
Building building;
goodFriend(&building);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.2 类做友元
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Building;
class goodFriend
{
public:
goodFriend();
void visit(); // 参观函数 访问Building中的属性
private:
Building *building;
};
class Building
{
// 告诉编译器 goodFriend类是Building类的好朋友，可以访问到Building类中的私有内容
friend class goodFriend;
public:
Building();
public:
string m_SittingRoom; // 客厅
private:
string m_BedRoom; // 卧室
};
// 类外写成员函数
Building::Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
goodFriend::goodFriend()
{
// 创建建筑物对象
building = new Building;
}
void goodFriend::visit()
{
cout << "你的好朋友正在访问：" << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "你的好朋友正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
goodFriend gf;
gf.visit();
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
4.3 成员函数做友元
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Building;
class goodFriend
{
public:
goodFriend();
void visit(); // 让visit函数可以访问Building中私有成员
void vist2(); // 让visit2函数不可以访问Building中私有成员
private:
Building *building;
};
class Building
{
// 告诉编译器 goodFriend类中的vist成员函数 是Building好朋友，可以访问私有内容
friend void goodFriend::visit();
public:
Building();
public:
string m_SittingRoom; // 客厅
private:
string m_BedRoom; // 卧室
};
// 类外编写成员函数
goodFriend::goodFriend()
{
building = new Building;
}
void goodFriend::visit()
{
cout << "visit函数正在访问：" << building->m_SittingRoom << endl;
cout << "visit函数正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
}
void goodFriend::vist2()
{
cout << "visit2函数正在访问：" << building->m_SittingRoom << endl;
//cout << "visit2函数正在访问：" << building->m_BedRoom << endl;
}
Building::Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
void test01()
{
goodFriend gf;
gf.visit();
gf.vist2();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
5 运算符重载
运算符重载概念：对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应不同的数据类型。
注意： C++规定有四个运算符 =, ->, [], ()不可以是全局域中的重载（即不能重载为友员函数）
5.1 加号运算符重载
作用：实现两个自定义数据类型相加的运算。
#include<iostream>
using namespace std;
// 加号运算符重载
class Person
{
public:
Person() {};
Person(int a ,int b)
{
this->m_A = a;
this->m_B = b;
}
// 1、成员函数重载 + 号
//Person operator+(Person &p)
//{
// Person temp;
// temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
// temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
// return temp;
//}
int m_A;
int m_B;
};
// 2、全局函数重载 + 号
Person operator+(Person &p1, Person &p2)
{
Person temp;
temp.m_A = p1.m_A + p2.m_A;
temp.m_B = p1.m_B + p2.m_B;
return temp;
}
// 函数重载
Person operator+(Person &p1, int num)
{
Person temp;
temp.m_A = p1.m_A + num;
temp.m_B = p1.m_B + num;
return temp; // 值方式返回局部对象
}
void test01()
{
Person p1(10, 10);
Person p2;
p2.m_A = 10;
p2.m_B = 10;
// 成员函数重载本质调用
//Person p3 = p1.operator+(p2); // 简写 Person p3 = p1 + p2
// 全局函数重载本质调用
//Person p3 = operator+(p1, p2); // Person p3 = p1 + p2
Person p3 = p1 + p2;
cout << "p3.m_A = " << p3.m_A << endl;
cout << "p3.m_B = " << p3.m_B << endl;
Person p4 = p1 + 100; // Person + int
cout << "p4.m_A = " << p4.m_A << endl;
cout << "p4.m_B = " << p4.m_B << endl;
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：对于内置数据类型表达式的运算符是不可能改变的；
不要滥用运算符重载。
5.2 左移运算符重载
#include<iostream>
using namespace std;
// 左移运算符重载
class Person
{
friend ostream & operator<<(ostream &out, Person &p);
public:
Person() {};
Person(int a, int b)
{
this->m_A = a;
this->m_B = b;
}
// 1、利用成员函数 左移运算符 p.operator<<(cout) 简化版本 p << cout
// 不会利用成员函数重载<<运算符，因为无法实现 cout在左侧
void operator<<(Person &p)
{
cout << "p.m_A = " << p.m_A << endl;
cout << "p.m_B = " << p.m_B << endl;
}
private:
int m_A;
int m_B;
};
// 只能利用全局函数重载左移运算符
ostream & operator<<(ostream &out, Person &p) // 本质 operator << (cout , p) 简化cout << p
{
out << "p.m_A = " << p.m_A << " ";
out << "p.m_B = " << p.m_B << " ";
return out; // 返回ostream类型，实现链式编程， 实现无限往后打印输出
}
void test01()
{
Person p(10, 10);
cout << p << "hello world!"<<endl;
// 不会利用成员函数重载<<运算符，因为无法实现 cout在左侧
//Person cout(20, 20);
//p.operator<<(cout);
//p << cout;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
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。
#include<iostream>
using namespace std;
class MyInteger
{
friend ostream & operator<<(ostream &cout, MyInteger myint);
public:
MyInteger()
{
m_Num = 0;
}
// 重载前置++运算符
MyInteger& operator++() // 返回引用是为了一直对一个数据进行递增操作 不加引用，不会修改自身数值，会新创建一个变量
{ m_Num++;
return *this;
}
// 重载后置++运算符
MyInteger operator++(int) // int代表占位参数，可以用于区分前置和后置递增 只认int，double、float不好使
{
// 先 记录当时结果
MyInteger temp = *this; // 记录当前本身的值，然后让本身的值加1，但是返回的是以前的值，达到先返回后++
// 后 递增
m_Num++;
// 最后将记录结果做返回
return temp; // 后置递增（一定要）返回对象，前置返回引用 如果返回引用，函数运行完局部对象释放，在访问其引用非法操作
}
private:
int m_Num;
};
// 实现左移运算符<<
ostream & operator<<(ostream &cout, MyInteger myint)
{
cout << myint.m_Num;
return cout;
}
void test01()
{
MyInteger myint;
cout << ++myint << endl;
//cout << ++(++myint) << endl; // 如果重载前置++运算，返回不加引用，会新创建一个变量，不会修改上变量本身的值
cout << myint << endl;
}
void test02()
{
MyInteger myint;
cout << myint++ << endl;
cout << myint << endl;
}
int main() {
test01();
test02();
//int a = 0;
//cout << ++(++a) << endl; // a的值为2
//cout << a << endl; // a的值为2，直接修改的初始（本身）a的值，并没有另外新创建一个a
system("pause");
return 0;
}
总结：前置递增返回引用，后置递增返回值。
5.4 赋值运算符重载
C++编译器至少给一个类添加4个函数
1.默认构造函数（无参，函数体为空）
2.默认析构函数（无参，函数体为空）
3.默认拷构造函数，对属性进行值拷贝
4.赋值运算符operator=，对属性进行值拷贝
如果类中有属性指向堆区，做赋值操作时也会出现深浅拷贝问题。
#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
Person(int age)
{
// 将年龄开辟到堆区
m_Age = new int(age);
}
// 堆区内存重复释放，程序崩溃 利用深拷贝 解决 浅拷贝带来的问题 重载赋值运算符
~Person()
{
if (m_Age != NULL)
{
delete m_Age;
m_Age = NULL;
}
}
// 重载赋值运算符
Person& operator=(Person &p) // 要返回引用，不要返回值 返回值会按照自身，调用拷贝构造函数，创建新的副本
{
// 应该先判断是否有属性在堆区，如果有先释放干净，然后再深拷贝
if (m_Age != NULL)
{
delete m_Age;
m_Age = NULL;
}
// 编译器提供的代码是浅拷贝
//m_Age = p.m_Age;
// 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;
}
int *m_Age;
};
void test01()
{
Person p1(18);
Person p2(20);
Person p3(30);
//p2 = p1; // 赋值操作 本质：p2.operator=(p1)
p3 = p2 = p1; // 赋值操作 修改自身值 要实现该操作，重载函数需要返回自身 加引用返回本身
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() {
test01();
//int a = 10;
//int b = 20;
//int c = 30;
//c = b = a;
//cout << "a = " << a << endl;
//cout << "b = " << b << endl;
//cout << "c = " << c << endl;
system("pause");
return 0;
}
5.5 关系运算符重载
作用：重载关系运算符，可以让两个自定义类型对象进行对比操作。
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Person
{
public:
Person(string name, int age)
{
m_Name = name;
m_Age = age;
}
bool operator==(Person &p)
{
if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
{
return true;
}
return false;
}
bool operator!=(Person &p)
{
if (this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age)
{
return false;
}
return true;
}
string m_Name;
int m_Age;
};
void test01()
{
Person p1("Tom", 18);
Person p2("Jerry", 18);
// 重载关系运算符 ==
if (p1 == p2)
{
cout << "p1 和 p2 是相等的！" << endl;
}
else
{
cout << "p1 和 p2 是不相等的！" << endl;
}
// 重载关系运算符 ！=
if (p1 != p2)
{
cout << "p1 和 p2 是不相等的！" << endl;
}
else
{
cout << "p1 和 p2 是相等的！" << endl;
}
}
int main()
{
test01();
system("pause");
return 0;
}
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，因此成为仿函数
- 仿函数没有固定写法，非常灵活
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
class MyPrint
{
public:
void operator()(string text)
{
cout << text << endl;
}
};
void MyPrint02(string text)
{
cout << text << endl;
}
void test01()
{
// 重载的()操作符 也称为仿函数
MyPrint myPrint;
myPrint("hello world!");
MyPrint02("hello world!");
}
class MyAdd
{
public:
int operator()(int num1, int num2)
{
return num1 + num2;
}
};
void test02()
{
MyAdd myadd;
cout << myadd(100, 200) << endl;
// 匿名函数对象 当前执行完立即释放
cout << MyAdd()(100, 100) << endl;
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
6 继承
继承是面向对象的三大特性之一。
有些类与类之间存在在特殊的关系，例如下图中：
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。
这个时候就可以考虑继承的技术，减少重复代码。
6.1 继承的基本语法
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。
从基类继承过来的表现其共性，而新增的成员体现了其个性。
示例：
#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、注册...（公共底部）." << endl;
}
void left()
{
cout << "Java,Python,C++...（公共底分类列表）." << 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 << "Python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();
// Python页面
cout << "-----------------------------------" << endl;
cout << "Java下载视频页面如下：" << endl;
Python py;
py.header();
py.footer();
py.left();
py.content();
// C++页面
cout << "-----------------------------------" << endl;
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;
}
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
6.3 继承中的对象模型
示例：
#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，但还是会继承下去
};
// 公共继承
class Son : public Base
{
public:
int m_D;
};
// 利用开发人员命令提示工具查看对象模型
// 跳转盘符
// 跳转文件路径 cd 具体路径下
// 查看命名
// cl /d1 reportSingleClassLayout类名 文件名 （编写文件名前几个字符tab键补全）
void test01()
{
// 父类中所有非静态成员属性都会被子类继承下去 （无论哪种继承方式）
// 父类中私有成员属性 是被编译器给隐藏了，因此访问不到，但是确实被继承下去了
cout << "sizeof Son = " << sizeof(Son) << endl; // 16
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
利用工具查看：
打开工具窗口后，定位到cpp文件的盘符；
然后输入：cl /d1 reportSingleClassLayout查看类名 所属文件名
效果如下图：
结论：父类中私有成员也是被子类继承下去了，只是由编译器给隐藏后访问不到。
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。
#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()
{
//Base b;
// 先构造父类，在构造子类 ， 析构的顺序与构造的顺序相反
Son s;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：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。
6.5 继承同名成员处理方式
子类与父类出现同名的成员，通过子类对象，访问子类或父类同名的数据方式：
- 访问子类同名成员 直接访问即可
- 访问父类同名成员 需要加作用域
#include<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;
}
int m_A;
};
class Son :public Base
{
public:
Son()
{
m_A = 200;
}
void func()
{
cout << "Son - func()调用" << endl;
}
int m_A;
};
void test01()
{
Son s;
cout << "Son 下 m_A = " << s.m_A << endl; // 200
// 如果通过子类对象 访问到父类中同名成员，需要加作用域
cout << "Base 下 m_A = " << s.Base::m_A << endl; // 100
}
// 同名成员函数处理
void test02()
{
Son s;
s.func();
// 同名成员函数调用
s.Base::func();
// 如果子类中出现和父类同名的成员函数，子类的同名成员会隐藏掉父类中所有同名成员函数
// 如果想访问到父类中被隐藏的同名成员函数，需要加作用域
s.Base::func(100);
}
int main()
{
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结：
1.子类对象可以直接访问到子类中同名成员；
2.子类对象加作用域可以访问到父类同名成员；
3.当子类与父类拥有同名的成员函数，子类会隐藏父类中同名成员函数，加作用域可以访问到父类中同名函数。
6.6 继承同名静态成员处理方式
静态成员和非静态成员出现同名，处理方式一致。
- 访问子类同名成员 直接访问即可
- 访问父类同名成员 需要加作用域
#include<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 int m_A;
static void func()
{
cout << "Son - static void func()" << endl;
}
};
int Son::m_A = 200;
void test01()
{
// 1、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; // 200
cout << "Base 下 m_A = " << s.Base::m_A << endl; // 100
// 2、通过类名访问
cout << endl << "通过类名访问：" << endl;
cout << "Son 下 m_A = " << Son::m_A << endl; // 200
cout << "Base 下 m_A = " << Base::m_A << endl; // 100
// 第一个::代表通过类名方式访问 第二个::代表访问父类作用域下
cout << "Base 下 m_A = " << Son::Base::m_A << endl; // 100
}
void test02()
{
// 1、通过对象访问
cout << endl << "通过对象访问静态成员函数：" << endl;
Son s;
s.func();
s.Base::func();
s.Base::func(666);
// 2、通过类名访问
cout << endl << "通过类名访问静态成员函数：" << endl;
Son::func();
// 子类出现和父类同名静态成员函数，也会隐藏父类中所有同名成员函数
// 如果想访问父类中被隐藏同名成员，需要加作用域
Son::Base::func();
Son::Base::func(888);
}
int main(){
test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}
总结：同名静态成员处理方式和非静态处理方式一样，只不过有两种访问的方式（通过对象 和 通过类名）。
6.7 多继承语法
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。
示例：
#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 不会出现问题，但是改为m_A就会出现不明确
}
public:
int m_A;
};
class Son : public Base1, public Base2
{
public:
Son()
{
m_C = 300;
m_D = 400;
}
public:
int m_C;
int m_D;
};
void test01()
{
Son s;
cout << "sizeof Son = " << sizeof(s) << endl;
cout << s.Base1::m_A << endl; // s.m_A指代不明确，二义性，需要加作用域区分
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，子类使用时候要加作用域。
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这两个派生类，
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：
菱形继承问题：
1.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。
2.羊驼继承自动物的数据继承了两份，实际这份数据只需要一份就可以。
#include<iostream>
using namespace std;
// 动物类
class Animal
{
public:
int m_Age;
};
// 利用虚继承 解决菱形继承的问题
// 继承之前 加上关键字 virtual 变为虚继承
// Animal类称为 虚基类
// 羊类
class Sheep : virtual public Animal{};
// 驼类
class Camel : virtual public Animal{};
// 羊驼类
class Alpaca : public Sheep, public Camel{};
void test01()
{
Alpaca al;
al.Sheep::m_Age = 18;
al.Camel::m_Age = 28;
// 当菱形继承，两个父类拥有相同数据，需要加以作用域区分
cout << "al.Sheep::m_Age = " << al.Sheep::m_Age << endl;
cout << "al.Camel::m_Age = " << al.Camel::m_Age << endl;
cout << "al.m_Age = " << al.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。
虚继承原理剖析：
7 多态
7.1 多态的基本概念
多态是C++面向对象的三大特性之一。
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
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
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;
}
};
// 执行说话的函数
// 地址早绑定 在编译阶段确定函数地址
// 如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，地址晚绑定
// 动态多态满足条件
// 1、有继承关系
// 2、 子类重写父类的虚函数
// 动态多态使用
// 父类的指针或者引用 指向子类对象
void doSpeak(Animal &animal) // Animal & animal =cat
{
animal.speak();
}
void test01()
{
Cat cat ;
doSpeak(cat);
Dog dog;
doSpeak(dog);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：
多态满足条件
- 有继承关系
- 子类重写父类中的虚函数
多态使用条件
- 父类指针或引用指向子类对象
重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写。
7.2 多态的原理剖析
7.2.1 多态原理剖析示意图
7.2.2不加virtual关键字与加关键字virtual Animal类结构对比
7.2.3 虚函数 未重写 与 重写 的Cat子类结构比较
7.3 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
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
// 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;
}
// 如果想扩展新的功能，需求修改源码
// 在真实开发中，提倡 开闭原则
// 开闭原则：对扩展进行开放，对修改进行关闭
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
void test01()
{
// 创建计算器对象
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;
}
// 利用多态实现计算器
// 多态优点：
// 1、组织结构清晰
// 2、可读性强
// 3、对于前期和后期扩展以及维护性高
// 实现计算器抽象类
class Abstractcalculator
{
public:
virtual int getResult()
{
return 0;
}
int m_Num1;
int m_Num2;
};
// 加法计算器类
class AddCalculator :public Abstractcalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};
// 减法计算器类
class SubCalculator :public Abstractcalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
};
// 乘法计算器类
class MulCalculator :public Abstractcalculator
{
public:
int getResult()
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
};
void test02()
{
// 多态使用条件
// 父类指针或者引用指向子类对象
// 加法运算
Abstractcalculator * abc = new AddCalculator;
abc->m_Num1 = 100; abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = "<< abc->getResult() << endl;
// 用完后记得销毁
delete abc;
// 减法运算
abc = new SubCalculator;
abc->m_Num1 = 100; abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
// 用完后记得销毁
delete abc;
// 乘法运算
abc = new MulCalculator;
abc->m_Num1 = 100; abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
// 用完后记得销毁
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，因为多态有点很多。
7.4 纯虚函数和抽象类
在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容。
因此可以将虚函数改为纯虚函数。
纯虚函数语法：virtual 返回值类型 函数名 (参数列表）= 0；
当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类。
抽象类特点：
- 无法实例化对象
- 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
示例：
#include<iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
// 纯虚函数
// 只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
// 抽象类特点：
// 1、无法实例化对象
virtual void func() = 0;
};
class Son :public Base
{
public:
virtual void func()
{
cout << "func函数调用" << endl;
}
};
void test01()
{
//Base b; // 抽象类无法实例化对象
//new Base; // 抽象类无法实例化对象
Son s; // 子类必须重写父类中的纯虚函数，否则无法实例化对象
Base * base = new Son;
base->func();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
7.5 多态案例二-制作饮品
案例描述：
制作饮品的大致流程为：注水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加辅料
冲咖啡：1、煮水 - 2、冲泡咖啡 - 3、倒入杯中 - 4、加糖和牛奶
冲茶叶：1、煮水 - 2、冲泡茶叶 - 3、倒入杯中 - 4、加柠檬
利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶。
#include<iostream>
using namespace std;
class AbstractDrinking
{
public:
// 煮水
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;
// 制作饮品
void makeDrink()
{
Boil();
Brew();
PourInCup();
PutSomething();
}
};
class Coffee :public AbstractDrinking
{
public:
// 煮水
virtual void Boil()
{
cout << "煮农夫山泉水" << endl;
}
// 冲泡
virtual void Brew()
{
cout << "冲泡咖啡" << endl;
}
// 倒入杯中
virtual void PourInCup()
{
cout << "倒入杯中" << endl;
}
// 加入辅料
virtual void PutSomething()
{
cout << "加入糖和牛奶" << endl;
}
};
class Tea :public AbstractDrinking
{
public:
// 煮水
virtual void Boil()
{
cout << "煮娃哈哈矿泉水" << endl;
}
// 冲泡
virtual void Brew()
{
cout << "冲泡茶叶" << endl;
}
// 倒入杯中
virtual void PourInCup()
{
cout << "倒入杯中" << endl;
}
// 加入辅料
virtual void PutSomething()
{
cout << "加入柠檬" << endl;
}
};
void doWork(AbstractDrinking * abs) // AbstractDrinking * abs = new Coffee
{
abs->makeDrink();
delete abs; // 释放
}
void test01()
{
// 制作咖啡
doWork(new Coffee);
cout << "-----------------------" << endl;
// 制作茶叶
doWork(new Tea);
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
7.6 虚析构和纯虚析构
多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码。
解决方式：将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构。
虚析构和纯虚析构共性：
- 可以解决父类指针释放子类对象
- 都需要有具体的函数实现
虚析构和纯虚析构区别：
- 如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象
虚析构语法：
virtual ~类名(){}
纯虚析构语法：
virtual ~类名() = 0;
类名::~类名(){}
示例：
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Animal
{
public:
Animal()
{
cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
}
virtual void Speak() = 0;
// 利用虚析构可以解决 父类释放子类对象不干净的问题
//virtual ~Animal()
//{
// cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;
//}
// 纯虚析构 需要声明也需要实现
// 有了纯虚析构之后， 这个类也属于抽象类，无法实例化对象
virtual ~Animal() = 0;
};
Animal::~Animal()
{
cout << "Animal纯虚析构函数调用！" << 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
class Cat : public Animal
{
public:
Cat(string name)
{
cout << "Cat构造函数调用！" << endl;
m_Name = new string(name); // 在堆区开辟空间
}
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();
// 父类指针在析构的时候 不会调用子类中的析构函数，导致子类如果有堆区属性，出现内存泄露
delete animal;
}
int main(){
test01();
system("pause");
return 0;
}
总结：
1.虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象
2.如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构
3.拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类
7.7 多态案例三-电脑组装
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。
#include<iostream>
using namespace std;
// 抽象不同零件类
class CPU // 抽象CPU类
{
public:
// 抽象的计算函数
virtual void calculate() = 0;
};
class VideoCard // 抽象显卡类
{
public:
// 抽象的显示函数
virtual void display() = 0;
};
class Memory // 抽象内存条类
{
public:
// 抽象的显示函数
virtual void storage() = 0;
};
// 具体零件厂商
// Intel厂商
class IntelCpu :public CPU
{
public:
void calculate()
{
cout << "Intel的CPU开始计算了！" << endl;
}
};
class IntelVideoCard :public VideoCard
{
public:
void display()
{
cout << "Intel的显卡开始显示了！" << endl;
}
};
class IntelMemory :public Memory
{
public:
void storage()
{
cout << "Intel的内存条开始存储了！" << endl;
}
};
// Lenovo厂商
class LenovoCpu :public CPU
{
public:
void calculate()
{
cout << "Lenovo的CPU开始计算了！" << endl;
}
};
class LenovoVideoCard :public VideoCard
{
public:
void display()
{
cout << "Lenovo的显卡开始显示了！" << endl;
}
};
class LenovoMemory :public Memory
{
public:
void storage()
{
cout << "Lenovo的内存条开始存储了！" << endl;
}
};
// 电脑类
class Computer
{
public:
Computer(CPU *cpu, VideoCard *vc, Memory *mem)
{
m_cpu = cpu;
m_vc = vc;
m_mem = mem;
}
// 提供工作函数
void doWork()
{
// 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;
VideoCard *m_vc;
Memory *m_mem;
};
void test01()
{
// 第一台电脑零件
CPU * intelCpu = new IntelCpu;
VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
Memory * intelMem = new IntelMemory;
//Computer computer = Computer(new IntelCpu, new IntelVideoCard, new IntelMemory); // 非开辟堆区调用方法
//computer.doWork();
// 创建第一台电脑
cout << "---------------第一台电脑开始工作-------------" << endl <<endl;
Computer * computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
computer1->doWork();
delete computer1;
// 第二台电脑组装
cout << endl << "---------------第二台电脑开始工作-------------" << endl << endl;
Computer * computer2 = new Computer(new LenovoCpu, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
computer2->doWork();
delete computer2;
// 第三台电脑组装
cout << endl << "---------------第三台电脑开始工作-------------" << endl << endl;
Computer * computer3 = new Computer(new IntelCpu, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
computer3->doWork();
delete computer3;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}
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