C/C++学习笔记——C++类

基础

类的基本思想是数据抽象和封装。

//.h文件
class classname
{
	public:
		//行为或属性
	protected:
		//行为或属性
	private:
		//行为或属性
}
//

//.cpp文件
function classname::fuc()
{/*……*/}

一般将类的声明写在.h文件中，定义写在.cpp文件中。
使用类对象的程序可以直接访问public部分，但只能通过公有成员函数来访问私有成员。

构造函数

与类同名，用来初始化成员变量，在对象定义时调用，可以重载。
初始化链表：可以全部或部分使用初始化链表赋初值，赋值顺序无关

#include <iostream>
using namespace std;
class Student{
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
public:
    Student(char *name, int age, float score);
};
//采用初始化列表
Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){
    //TODO:
}

初始化链表最大的作用是用来初始化const变量。

class VLA{
private:
    const int m_len;
    int *m_arr;
public:
    VLA(int len);
};
//必须使用初始化列表来初始化 m_len,使用 m_len = len 是错误的
VLA::VLA(int len): m_len(len){
    m_arr = new int[len];
}

析构函数

在类名前加~，不需要也不能显式调用，在对象销毁时调用。不能重载。

const成员变量和const成员函数

const成员变量使用const声明，只能用构造函数初始化链表初始化。
const成员函数可以使用类中所有成员变量，但不能改变它们的值，一般用于获取成员变量的值，必须在成员函数的声明和定义处同时加上 const 关键字.

class Student{
public:
    Student(char *name, int age, float score);
    void show();
    //声明常成员函数
    char *getname() const;
    int getage() const;
    float getscore() const;
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
};
Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){ }
void Student::show(){
    cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<"，成绩是"<<m_score<<endl;
}
//定义常成员函数
char * Student::getname() const{
    return m_name;
}
int Student::getage() const{
    return m_age;
}
float Student::getscore() const{
    return m_score;
}

const对象

使用关键字const声明的对象，只能访问const成员（函数和变量）。

静态成员变量和静态成员函数

使用static声明。
静态成员变量

• 一个类中可以有一个或多个静态成员变量，所有的对象都共享这些静态成员变量，都可以引用它。
• static 成员变量和普通 static 变量一样，都在内存分区中的全局数据区分配内存，到程序结束时才释放。这就意味着，static 成员变量不随对象的创建而分配内存，也不随对象的销毁而释放内存。而普通成员变量在对象创建时分配内存，在对象销毁时释放内存。
• 静态成员变量必须初始化，而且只能在类体外进行。例如：int Student::m_total = 10;初始化时可以赋初值，也可以不赋值。如果不赋值，那么会被默认初始化为 0。全局数据区的变量都有默认的初始值 0，而动态数据区（堆区、栈区）变量的默认值是不确定的，一般认为是垃圾值。
• 静态成员变量既可以通过对象名访问，也可以通过类名访问，但要遵循 private 、protected 和 public 关键字的访问权限限制。当通过对象名访问时，对于不同的对象，访问的是同一份内存。

静态成员函数
和静态成员变量类似，静态成员函数在声明时要加 static，在定义时不能加 static。静态成员函数可以通过类来调用（一般都是这样做），也可以通过对象来调用。
静态成员函数无法访问对象的成员变量，也就是说静态成员函数不能访问普通成员变量，只能访问静态成员变量。

友元函数

在当前类以外定义的、不属于当前类的函数也可以在类中声明，但要在前面加 friend 关键字，这样就构成了友元函数。友元函数可以是不属于任何类的非成员函数，也可以是其他类的成员函数。
一个函数可以被多个类声明为友元函数
将非成员函数声明为友元函数

class Student{
public:
    Student(char *name, int age, float score);
public:
    friend void show(Student *pstu);  //将show()声明为友元函数
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
};

Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){ }
 
//非成员函数
void show(Student *pstu){
    cout<<pstu->m_name<<"的年龄是 "<<pstu->m_age<<"，成绩是 "<<pstu->m_score<<endl;
}

将其他类的成员函数声明为友元函数

class Address;  //提前声明Address类
//声明Student类
class Student{
public:
    Student(char *name, int age, float score);
public:
    void show(Address *addr);
private:
    char *m_name;
    int m_age;
    float m_score;
};
//声明Address类
class Address{
private:
    char *m_province;  //省份
    char *m_city;  //城市
    char *m_district;  //区（市区）
public:
    Address(char *province, char *city, char *district);
    //将Student类中的成员函数show()声明为友元函数
    friend void Student::show(Address *addr);
};
//实现Student类
Student::Student(char *name, int age, float score): m_name(name), m_age(age), m_score(score){ }
void Student::show(Address *addr){
    cout<<m_name<<"的年龄是 "<<m_age<<"，成绩是 "<<m_score<<endl;
    cout<<"家庭住址："<<addr->m_province<<"省"<<addr->m_city<<"市"<<addr->m_district<<"区"<<endl;
}
//实现Address类
Address::Address(char *province, char *city, char *district){
    m_province = province;
    m_city = city;
    m_district = district;
}

友元类

不仅可以将一个函数声明为一个友元，还可以将整个类声明为另一个类的友元，这就是友元类。友元类中的所有成员函数都是另外一个类的友元函数。
声明A为B的友元类：friend class A;//在声明类B时声明。

• 友元的关系是单向的而不是双向的。如果声明了类 B 是类 A 的友元类，不等于类 A 是类 B 的友元类，类 A 中的成员函数不能访问类 B 中的 private 成员。
• 友元的关系不能传递。如果类 B 是类 A 的友元类，类 C 是类 B 的友元类，不等于类 C 是类 A 的友元类。

除非有必要，一般不建议把整个类声明为友元类，而只将某些成员函数声明为友元函数，这样更安全一些。

继承与派生

继承（Inheritance）可以理解为一个类从另一个类获取成员变量和成员函数的过程。
派生（Derive）和继承是一个概念，只是站的角度不同。继承是儿子接收父亲的产业，派生是父亲把产业传承给儿子。
被继承的类称为父类或基类，继承的类称为子类或派生类。“子类”和“父类”通常放在一起称呼，“基类”和“派生类”通常放在一起称呼。

声明派生类的语法

class 派生类名:［继承方式］ 基类名{
    派生类新增加的成员
};

继承方式包括 public（公有的）、private（私有的）和 protected（受保护的），此项是可选的，如果不写，那么默认为 private。
例如:class Person: public People {} //Person是声明的派生类，People是基类。关键宇 public表示是公有继承。

public、protected、private 指定继承方式

不同的继承方式会影响基类成员在派生类中的访问权限。

1. public继承方式

• 基类中所有 public 成员在派生类中为 public 属性；
• 基类中所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性；
• 基类中所有 private 成员在派生类中不能使用。

2. protected继承方式

• 基类中的所有 public 成员在派生类中为 protected 属性；
• 基类中的所有 protected 成员在派生类中为 protected 属性；
• 基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。

3. private继承方式

• 基类中的所有 public 成员在派生类中均为 private 属性；
• 基类中的所有 protected 成员在派生类中均为 private 属性；
• 基类中的所有 private 成员在派生类中不能使用。

使用 using 关键字可以改变基类成员在派生类中的访问权限，例如将 public 改为 private、将 protected 改为 public。

class People{
	public:
				void show();
	protected:
				char *m_name;
	 			int m_age;
}
	
class Person:public People{
	public:
				void show();
	public:
				using People::m_name;
				using People::m_age;//将protected 改为public
	private:
				using People::show;//将public改为private
}

注意：using 只能改变基类中 public 和 protected 成员的访问权限，不能改变 private 成员的访问权限，因为基类中 private 成员在派生类中是不可见的，根本不能使用，所以基类中的 private 成员在派生类中无论如何都不能访问。

名字遮蔽

如果派生类中的成员（包括成员变量和成员函数）和基类中的成员重名，那么就会遮蔽从基类继承过来的成员。所谓遮蔽，就是在派生类中使用该成员（包括在定义派生类时使用，也包括通过派生类对象访问该成员）时，实际上使用的是派生类新增的成员，而不是从基类继承来的。不是重载

构造函数

基类的构造函数不能被派生类继承，对于派生类继承自基类的private成员变量可以通过调用基类的构造函数初始化。

#include<iostream>
using namespace std;
//基类People
class People{
protected:
    char *m_name;
    int m_age;
public:
    People(char*, int);
};
People::People(char *name, int age): m_name(name), m_age(age){}
//派生类Person
class Person: public People{
private:
    bool m_sex;
public:
    Person(char *name, int age, bool sex);
    void display();
};
//People(name, age)就是调用基类的构造函数
Person::Person(char *name, int age, bool sex): People(name, age), m_sex(sex){ }
void Person::display(){
    cout<<m_name<<"的年龄是"<<m_age<<"，性别是"<<m_sex<<"。"<<endl;
}

如果继承关系有好几层的话，例如：
A --> B --> C
那么创建 C 类对象时构造函数的执行顺序为：
A类构造函数 --> B类构造函数 --> C类构造函数
构造函数的调用顺序是按照继承的层次自顶向下、从基类再到派生类的。
注意:派生类构造函数中只能调用直接基类的构造函数，不能调用间接基类的，即C不能调用A的构造函数。
调用派生类时必须要调用基类构造函数。

析构函数

析构函数也不能被继承。与构造函数不同的是，在派生类的析构函数中不用显式地调用基类的析构函数，因为每个类只有一个析构函数，编译器知道如何选择，无需程序员干涉。

析构函数的执行顺序和构造函数的执行顺序也刚好相反：

• 创建派生类对象时，构造函数的执行顺序和继承顺序相同，即先执行基类构造函数，再执行派生类构造函数。
• 销毁派生类对象时，析构函数的执行顺序和继承顺序相反，即先执行派生类析构函数，再执行基类析构函数。

多继承

多继承（Multiple Inheritance），即一个派生类可以有两个或多个基类。

多继承的语法:

class D: public A, private B, protected C{
    //类D新增加的成员
}

D 是多继承形式的派生类，它以公有的方式继承 A 类，以私有的方式继承 B 类，以保护的方式继承 C 类。D 根据不同的继承方式获取 A、B、C 中的成员，确定它们在派生类中的访问权限。

命名冲突
当两个或多个基类中有同名的成员时，如果直接访问该成员，就会产生命名冲突，编译器不知道使用哪个基类的成员。这个时候需要在成员名字前面加上类名和域解析符::，以显式地指明到底使用哪个类的成员，消除二义性。

虚继承和虚派生

多继承时很容易产生命名冲突，即使我们很小心地将所有类中的成员变量和成员函数都命名为不同的名字，命名冲突依然有可能发生，比如典型的是菱形继承，如下图所示：

类 A 派生出类 B 和类 C，类 D 继承自类 B 和类 C，这个时候类 A 中的成员变量和成员函数继承到类 D 中变成了两份，一份来自 A–>B–>D 这条路径，另一份来自 A–>C–>D 这条路径。

在一个派生类中保留间接基类的多份同名成员，虽然可以在不同的成员变量中分别存放不同的数据，但大多数情况下这是多余的：因为保留多份成员变量不仅占用较多的存储空间，还容易产生命名冲突。假如类 A 有一个成员变量 a，那么在类 D 中直接访问 a 就会产生歧义，编译器不知道它究竟来自 A -->B–>D 这条路径，还是来自 A–>C–>D 这条路径。下面是菱形继承的具体实现：

//间接基类A
class A{
protected:
    int m_a;
};
//直接基类B
class B: public A{
protected:
    int m_b;
};
//直接基类C
class C: public A{
protected:
    int m_c;
};
//派生类D
class D: public B, public C{
public:
    void seta(int a){ m_a = a; }  //命名冲突
    void setb(int b){ m_b = b; }  //正确
    void setc(int c){ m_c = c; }  //正确
    void setd(int d){ m_d = d; }  //正确
private:
    int m_d;
};

这段代码实现了上图所示的菱形继承，代码m_a = a;试图直接访问成员变量 m_a，结果发生了错误，因为类 B 和类 C 中都有成员变量 m_a（从 A 类继承而来），编译器不知道选用哪一个，所以产生了歧义。

为了消除歧义，我们可以在 m_a 的前面指明它具体来自哪个类：void seta(int a){ B::m_a = a; }这样表示使用 B 类的 m_a;当然也可以使用 C 类的：void seta(int a){ C::m_a = a; }

虚继承（Virtual Inheritance）

为了解决多继承时的命名冲突和冗余数据问题，C++ 提出了虚继承，使得在派生类中只保留一份间接基类的成员。
在继承方式前面加上 virtual 关键字就是虚继承。

//间接基类A
class A{
protected:
    int m_a;
};
//直接基类B
class B: virtual public A{  //虚继承
protected:
    int m_b;
};
//直接基类C
class C: virtual public A{  //虚继承
protected:
    int m_c;
};
//派生类D
class D: public B, public C{
public:
    void seta(int a){ m_a = a; }  //正确
    void setb(int b){ m_b = b; }  //正确
    void setc(int c){ m_c = c; }  //正确
    void setd(int d){ m_d = d; }  //正确
private:
    int m_d;
};

虚继承的目的是让某个类做出声明，承诺愿意共享它的基类。其中，这个被共享的基类就称为虚基类（Virtual Base Class），本例中的 A 就是一个虚基类。在这种机制下，不论虚基类在继承体系中出现了多少次，在派生类中都只包含一份虚基类的成员。

因为在虚继承的最终派生类中只保留了一份虚基类的成员，所以该成员可以被直接访问，不会产生二义性。如果虚基类的成员只被一条派生路径覆盖，那么仍然可以直接访问这个被覆盖的成员。但是如果该成员被两条或多条路径覆盖了，那就不能直接访问了，此时必须指明该成员属于哪个类。

以上面的菱形继承为例，假设 B 定义了一个名为 x 的成员变量，当我们在 D 中直接访问 x 时，会有三种可能性：

• 如果 B 和 C 中都没有 x 的定义，那么 x 将被解析为 B 的成员，此时不存在二义性。
• 如果 B 或 C 其中的一个类定义了 x，也不会有二义性，派生类的 x 比虚基类的 x 优先级更高。
• 如果 B 和 C 中都定义了 x，那么直接访问 x 将产生二义性问题。

虚继承时的构造函数

在虚继承中，虚基类是由最终的派生类初始化的，换句话说，最终派生类的构造函数必须要调用虚基类的构造函数。对最终的派生类来说，虚基类是间接基类，而不是直接基类。这跟普通继承不同，在普通继承中，派生类构造函数中只能调用直接基类的构造函数，不能调用间接基类的。

#include <iostream>
using namespace std;

//虚基类A
class A{
public:
    A(int a);
protected:
    int m_a;
};
A::A(int a): m_a(a){ }

//直接派生类B
class B: virtual public A{
public:
    B(int a, int b);
public:
    void display();
protected:
    int m_b;
};
B::B(int a, int b): A(a), m_b(b){ }//直接派生类 B 对 A 的构造函数的调用是无效的
void B::display(){
    cout<<"m_a="<<m_a<<", m_b="<<m_b<<endl;
}

//直接派生类C
class C: virtual public A{
public:
    C(int a, int c);
public:
    void display();
protected:
    int m_c;
};
C::C(int a, int c): A(a), m_c(c){ }//直接派生类 C 对 A 的构造函数的调用是无效的
void C::display(){
    cout<<"m_a="<<m_a<<", m_c="<<m_c<<endl;
}

//间接派生类D
class D: public B, public C{
public:
    D(int a, int b, int c, int d);
public:
    void display();
private:
    int m_d;
};
//虚继承时构造函数的执行顺序与普通继承时不同：
//在最终派生类的构造函数调用列表中，不管各个构造函数出现的顺序如何，
//编译器总是先调用虚基类的构造函数，再按照出现的顺序调用其他的构造函数；
//而对于普通继承，就是按照构造函数出现的顺序依次调用的。
D::D(int a, int b, int c, int d): A(a), B(90, b), C(100, c), m_d(d){ }
void D::display(){
    cout<<"m_a="<<m_a<<", m_b="<<m_b<<", m_c="<<m_c<<", m_d="<<m_d<<endl;
}

int main(){
    B b(10, 20);
    b.display();
   
    C c(30, 40);
    c.display();

    D d(50, 60, 70, 80);
    d.display();
    return 0;
}

运行结果：

m_a=10, m_b=20
m_a=30, m_c=40
m_a=50, m_b=60, m_c=70, m_d=80