C++语言基础：类和对象

9.4 类和对象
- C++面向对象的三大特征：封装、继承、多态
  - C++认为万物皆为对象，对象上有属性和行为
  - 具有相同性质的对象，可以抽象为类
    - 人属于人类，车属于车类
- 9.4.1 封装
  - 9.4.1.1 封装的意义
    - （1）封装的意义
      - 1. 将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物
      - 2. 将属性和行为加以权限控制
    - （2）封装意义一：
      - 在设计类的之后，属性和行为写在一起，表现事物
      - 语法：class 类名 { 访问权限：属性 / 行为 }
        
        类中的属性和行为统称为成员
        
        1. 属性 -> 成员属性 -> 成员变量
        
        2. 行为 -> 成员函数 -> 成员方法
      - 示例1：设计一个圆类，求圆的周长
        
        const double PI = 3.14; // 圆周率 class Circle { public: // 公共的访问权限int m_r; // 属性：半径double calculateZC() {return 2 * m_r * PI;} private: // 私有的访问权限 }; int main() {Circle c1; // 实例化：通过圆类创建具体的圆（对象）c1.m_r = 10; // 圆对象的属性半径进行赋值cout << "圆的周长： " << c1.calculateZC() << endl; }
      - 示例2：设计一个学生类，属性有姓名和学号
        
        // 学生类 class Student { public:string m_name;int m_id;void showStudent() {cout << " 姓名： " << m_name << " 学号： " << m_id << endl;}void setName(string name) {m_name = name;}void setID(int id) {m_id = id;} }; int main() {Student s1;s1.m_name = "张三";s1.m_id = 1;s1.showStudent();s1.m_name = "李四";s1.m_id = 2;s1.showStudent(); }
    - （3）封装意义二：
      - 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
        
        1. public 公共权限类内可以访问类外可以访问
        
        2. protected 保护权限类内可以访问类外不可以访问儿子可以访问父类中的保护内容
        
        3. private 私有权限类内可以访问类外不可以访问儿子不可以访问父类中的保护内容
      - 示例：
        
        class Person { public:string m_Name; // 姓名 protected:string m_Car; // 汽车 private:int m_psw; // 银行卡密码 public:void func() {m_Name = "张三";m_Car = "拖拉机";m_psw = 1234;} }; int main() {Person p1;p1.m_Name = "李四";// p1.m_Car = "奔驰"; // protected权限在类外不能访问// p1.m_psw = 123; // private权限在类外不能访问p1.func(); }
  - 9.4.1.2 struct和class区别
    - 在C++中 struct 和 class 唯一的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
      - 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 = 100; // 表述错误默认权限是私有，类外无法访问C2 c2;c2.m_A = 100; // 默认权限是共有，类外可以访问 }
  - 9.4.1.3 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：
      - class Person { public:void setName(string name) {m_Name = name;}string getName() {return m_Name;}void setAge(int age) {if (age < 0 || age > 150) { // 优点2：检测数据的有效性cout << " 年龄不合理 " << endl;return;}m_Age = age;}int getAge() {return m_Age;}void setLover(string lover) {m_Lover = lover;} private: // 优点1: 控制读写权限string m_Name; // 姓名可读可写int m_Age; // 年龄可读可写string m_Lover; // 朋友只写 }; int main() {Person p;p.setName("张三");cout << "名字是：" << p.getName() << endl; }
- 9.4.2 对象的初始化和清理
  - 9.4.2.1 构造函数和析构函数
    - 1. 对象的初始化和清理是两个非常重要的安全问题
      - 1. 一个对象或者变量没有初始化状态，对其是用后果是未知的
      - 2. 统一的使用完一个对象或者变量，没有及时清理，也会造成一定的安全问题
    - 2. 如果不提供构造函数和析构函数的实现，则编译器会提供构造函数和析构函数的空实现
      - 1. 构造函数
        
        作用：主要用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
        
        语法：类名( ) { }
        
        1. 构造函数，没有返回值也不写void
        
        2. 函数名与类名相同
        
        3. 构造函数可以有参数，也可以重载
        
        4. 程序在调用对象时会自动调用构造，无须手动调用，而且只会调用一次
      - 2. 析构函数
        
        作用：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
        
        语法：~ 类名( ) { }
        
        1. 析造函数，没有返回值也不写void
        
        2. 析造函数名与类名相同，在名称前加~
        
        3. 析造函数没有参数，不可以重载
        
        4. 程序在销毁对象前会自动调用析造，无须手动调用，而且只会调用一次
      - 示例：构造函数和析构函数
        
        class Person { public:Person(){cout << "构造函数" << endl;}~Person(){cout << "析构函数" << endl;} }; int main() {Person p;system("pause");return 0; }
  - 9.4.2.2 构造函数的分类和使用
    - 两种分类方式：
      - 1. 按参数分为：有参构造和无参构造
      - 2. 按类型分为：普通构造和拷贝构造
    - 三种调用方式：
      - 1. 括号法
      - 2. 显示法
      - 3. 隐式转换法
    - 示例
      - // 构造函数的分类 class Person { public:Person() // 无参构造{cout << "构造函数-无参构造" << endl;}Person(int a) // 有参构造{age = a;cout << "构造函数-有参构造" << endl;}Person(const Person &p) // 拷贝构造函数{age = p.age; // 将传入人身上所有的属性拷贝到我身上cout << "拷贝构造函数" << endl;}~Person(){cout << "析构函数" << endl;}int age; };// 调用:三种调用方式 void test01() {// 1. 括号法//Person p; // 默认构造函数//Person p1(); // 无参构造函数//Person p2(10); // 有参构造函数//Person p3(p2); // 拷贝构造函数//cout << "p2的年龄为：" << p2.age << endl;//cout << "p3的年龄为：" << p3.age << endl;// 注意事项1// 调用默认构造函数的时候，不要加()// 2. 显示法Person p; // 默认构造函数Person p2 = Person(10); // 有参构造函数Person p3 = Person(p2); // 拷贝构造函数Person(10); // 匿名对象，特点：当前执行结束狗，系统会马上回收内存// 注意事项2// 不要利用拷贝构造函数，初始化匿名对象，编译器会认为这是一个对象的声明// Person(p3);// 3. 隐式转换法Person p4 = 10; // 相当于写了Person p4 = Person(10) // 有参构造函数Person p5 = p4; // 拷贝构造函数 } int main() {test01();system("pause");return 0; }
  - 9.4.2.3 拷贝构造函数调用时机
    - C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况
      - 1. 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
      - 2. 值传递的方式给函数参数传值
      - 3. 以值方式返回局部对象
    - 示例
      - // 调用:三种调用方式, C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况 //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(20);Person p2(p1);cout << "p2的年龄：" << p2.age << endl; // 20 } //2. 值传递的方式给函数参数传值 void doWork(Person p) { }void test02() {Person p;doWork(p); } //3. 以值方式返回局部对象 Person doWork2() {Person p1;cout << "doWork2 p1的地址：" << (int*)&p1 << endl; // 006AFAB8return p1; } void test03() {Person p = doWork2();cout << "test03 p1的地址：" << (int*)&p << endl; // 006AFBB0 } int main() {test01();test02();test03();system("pause");return 0; }
  - 9.4.2.4 构造函数调用规则
  - 创建一个类，C++编译器会给每个类添加只是三个函数
    - 1. 默认构造（空实现）
    - 2. 析构函数（空实现）
    - 3. 拷贝构造（值拷贝）
  - 默认情况下，C++编译器至少给一个类添加3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. 默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝
  - 构造函数调用规则如下：
    - 1. 如果用户定义有参构造函数，C++不再提供无参构造，但是会提供默认拷贝构造
    - 2. 如果用户定义拷贝构造函数，C++不会再提供其他构造函数
  - 9.4.2.5 深拷贝和浅拷贝
    - 深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷操作
    - 浅拷贝：简单的赋值拷贝操作（浅拷贝的问题是堆区的内容重复释放）
    - 总结：如果属性是在堆区开辟的，一定要在代码中提供深拷贝函数，防止浅拷贝带来的问题
    - 示例
      - int* m_Height; Person(const Person &p) // 拷贝构造函数 {age = p.age; // 将传入人身上所有的属性拷贝到我身上// m_Height = p.m_Height; // 浅拷贝的实现方式，也是编译器默认的实现方式m_Height = new int(*p.m_Height); // 深拷贝的实现方式，开辟一块新法内存空间cout << "拷贝构造函数" << endl; }
  - 9.4.2.6 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
      - class Person { public:/* 传统的初始化操作Person(int a, int b, int c) {m_A = a;m_B = b;m_C = c;}*/// 初始化列表，初始化属性值Person(int a, int b, int c) : m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}int m_A;int m_B;int m_C; }; void test01() {Person p(100,200,300);cout << p.m_A << p.m_B << p.m_C << endl; }
  - 9.4.2.7 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：B类中有对象A作为成员，A为对象成员
        
        class A {}
        
        class B{
        
        A a;
        
        }
    - 那么当创建B对象的时候，A与B的构造和析构谁先谁后？
      - 结论：A的构造 -> B的构造 -> B的析构 -> A的析构
      - 构造的时候，先构造类内的对象，在构造自身，析构的时候相反。
  - 9.4.2.8 静态成员
    - 1 静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称其为静态成员
    - 2 静态成员分为：
      - 1. 静态成员变量
        
        1) 所有对象共享同一份数据
        
        2) 在编译阶段分配内存
        
        3) 类内声明，类外初始化
      - 2. 静态成员函数
        
        1) 所有对象共享同一个函数
        
        2) 静态成员函数只能访问静态成员变量
    - 3 访问静态成员的方式
      - 1. 通过对象访问
      - 2. 通过类名访问
    - 示例
      - class Person { public:static void func() { // 静态成员函数m_A = 100; // 静态成员函数可以访问静态成员变量// m_B = 200; // 会报错，因为静态成员函数不可以访问非静态成员变量// 因为非静态成员变量，要通过对象进行访问，直接访问的话无法区分是哪个对象的成员变量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 private:// 静态成员函数也是有访问权限的static void func2() {cout << "static void func2() 调用" << endl;} }; int Person::m_A = 0; // 静态成员变量类外初始化 void test01() {Person p;p.func(); // 1. 通过对象访问Person::func(); // 2. 通过类名访问// Person::func2(); // 报错，类外无权访问 }
  - 9.4.3 C++对象模型和this指针
    - 9.4.3.1 成员变量和成员函数分开存储
      - 在C++中，类的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
      - tip
        
        1. 空对象占用内存空间为 1
        
        1 C++编译器为每个空对象分配一字节空间，是为了区分空对象栈内存的位置
        
        2 每个空对象也有独一无二的内存地址
        
        2.
      - 示例
        
        class Person { public:static int m_A; // 静态成员变量，不属于类对象上int m_B; // 非静态成员变量，属于类对象上int m_C; // 非静态成员变量，属于类对象上void func() {} // 非静态成员函数，不属于类对象上}; void test01() {Person p;cout << "size of P = " << sizeof(p) << endl; // 输出8，8字节是m_B和m_C占用的内存 }
    - 9.4.3.2 this指针
      - 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
      - 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
        
        1. 当形参和成员变量同名是，可用this指针来区分
        
        2. 在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用return *this;
      - 示例
        
        class Person { public:Person(int age){this->age = age;}// 返回值必须是引用方式，如果不是引用方式返回，则无法返回对象本身，而是创建了一个新的对象返回Person& PersonAddAge(Person& p){this->age += p.age;return *this;}int age; }; void test01() {Person p1(10);Person p2(10);p2.PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1); // 链式编程cout << "p2 age = " << p2.age << endl; // 输出40 }
    - 9.4.3.3 空指针访问成员函数
      - C++空指针也可以调用成员函数的，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
        
        class Person { public:void showClassName() {cout << "This is a Person class!" << endl;}void showPerson() {if (this == NULL) {return;}cout << "age = " << m_Age << endl;}int m_Age; }; void test01() {Person* p1 = NULL; // 这是一个空指针p1->showClassName();p1->showPerson(); }
    - 9.4.3.4 const修饰成员函数
      - 1.常函数
        
        1. 成员函数加const后我们称这个函数为常函数
        
        2. 常函数内不可以修改成员属性
        
        3. 长远属性声明是加关键字mutable后，在常函数中依然可以修改
      - 2. 常对象
        
        1. 声明对象前加const称该对象为常对象
        
        2. 常对象只能调用常函数
      - 示例
        
        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// 在成员函数后面加const，修饰的是this指向，让指针指向的值也不可以修改// 下一行相当于 const Person * const this;void showPerson() const // 常函数{// this 指针可以表达为 Person* const this;// this = NULL; // 表达式错误，this指针不可以修改指针的指向// this->m_Age = 100; // 表达式错误，常函数内不可以修改成员属性this->m_B = 100;}void func() {}int m_Age;mutable int m_B; // 特殊变量，即使在常函数中也可以修改 };void test01() {Person p1;p1.showPerson(); }void test02() {const Person p2; //对象前加const，变为常对象// p2.m_Age = 100; // 表达式错误，常对象内不可以修改成员p2.m_B = 200; // m_B是特殊值，在常对象下也可以修改// p2.func(); // 表达式错误，常对象只能调用常函数 }
  - 9.4.4 友元
    - 9.4.4.1 友元介绍
      - 比喻：客厅(public)、卧室(Private);
        
        客厅所有客人都可以去，卧室私有仅仅自己能进
        
        卧室也允许自己的朋友(friend)进去
      - 程序中，有一些私有属性也可以让类外的特殊函数或者类访问，需要用到友元
      - 友元的目的：让一个函数或者类访问另一个类的私有成员
      - 友元关键字：friend
      - 友元的三种实现
        
        1. 全局函数做友元
        
        2. 类做友元
        
        3. 成员函数做友元
    - 9.4.4.2 全局函数做友元
    - 9.4.4.3 类做友元
    - 9.4.4.4 成员函数做友元
    - 示例：三种方式做友元
      - class Buliding {friend void goodGay(Buliding* buliding);// 方式1：全局函数做友元：goodGay全局函数是Buliding好朋友，可以访问Buliding中的私有成员friend class GoodGay; // 方式2：类做友元friend void BadGay::visit(); // 方式3：成员函数做友元public:Buliding() {m_SittingRoom = "客厅";m_BedRoom = "卧室";}public:string m_SittingRoom; // 客厅private:string m_BedRoom; // 卧室 };// 方式1：全局函数做友元 void goodGay(Buliding* buliding) {cout << "全局函数做友元好朋友正在访问：" << buliding->m_SittingRoom << endl;cout << "全局函数做友元好朋友正在访问：" << buliding->m_BedRoom << endl;// 方式1：全局函数做友元.访问私有成员 }// 方式2：类做友元 class GoodGay { public:GoodGay() {buliding = new Buliding;}void visit() { // 参观函数，访问building中的属性cout << "类做友元好朋友正在访问：" << buliding->m_SittingRoom << endl;cout << "类做友元好朋友正在访问：" << buliding->m_BedRoom << endl; // 方式2：类做友元.访问私有成员}Buliding* buliding; };// 方式3：成员函数做友元 class BadGay { public:BadGay();void visit();// visit1函数不可以访问BUliding中的私有成员void visit2(); //3.成员函数做友元： visit2参观函数，访问building中的私有成员Buliding* buliding; };BadGay::BadGay() {buliding = new Buliding; }void BadGay::visit() { //3.成员函数做友元： visit2参观函数，访问building中的私有成员cout << "普通函数正在访问：" << buliding->m_SittingRoom << endl;cout << "成员函数做友元好朋友正在访问：" << buliding->m_BedRoom << endl; // 方式2：类做友元.访问私有成员 }void BadGay::visit2() {cout << "成员函数做友元好朋友正在访问：" << buliding->m_SittingRoom << endl; }void test01() {Buliding buliding;goodGay(&buliding); // 方式1：全局函数做友元GoodGay goodGay;goodGay.visit(); // 方式2：类做友元BadGay badGay;badGay.visit(); // 方式3：成员函数做友元 }
  - 9.4.5 运算符重载
  - 9.4.6 继承
    - 9.4.6.1 继承的基本语法
      - 语法：class 子类 : 继承方式父类
        
        示例：class A : public B;
      - A类称为子类或者派生类
        
        子类中的成员，包含两大部分：
        
        1. 一类是从基类继承过来的
        
        2. 另一类是自己增加的成员
        
        从基类继承过来的成员表现出其共性，新增的成员表现出其个性
      - B类称为父类或者基类
    - 9.4.6.2 继承方式
      - 继承方式有三种：
        
        1. 公共继承
        
        2. 保护继承
        
        3. 私有继承
        
        三种继承方式展示
    - 9.4.6.3 继承中的对象模型
      - 问题：从父类继承过来的成员，哪些属于子类对象中？
        
        答案：父类中所有的非静态成员属性都会被子类继承。父类中私有成员属性是被编译器隐藏了，因此访问不到，但是依旧在子类中占有内存空间
        
        sizeof(子类) = sizeof(父类) + sizeof(子类新增的成员属性)
      - 利用开发人员命令提示工具查看对象模型
        
        1. 跳转到code所在的路径
        
        2. 命令行输入具体的查看命令：
        
        cl /d1 reportSingleClassLayout类名文件名
        
        示例：
        
        cl /d1 reportSingleClassLayoutSon "01C++HelloWorld.cpp"
    - 9.4.6.4 继承中构造和析构的顺序
      - 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？
        
        答案：父构造 -> 子构造 -> 子析构 -> 父析构
    - 9.4.6.5 继承同名成员处理方式
      - 问题：当子类和父类出现同名的成员，如果通过子类对象，访问到子类或者父类中同名的数据呢？
        
        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
      - 如果子类中出现和父类同名的成员函数，子类的同名成员函数会将父类的同名成员函数全部隐藏
        
        如果想要访问父类的同名成员函数，就需要加作用域
      - 示例
    - 9.4.6.6 继承同名静态成员处理方式
      - 问题：继承中同名静态成员在子类对象上如何访问？
        
        静态和非静态出现同名时，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
        
        静态成员有特殊之处
        
        静态成员可以通过类名访问，非静态成员不可以
        
        示例:
    - 9.4.6.7 多继承语法
      - C++允许一个类继承多个类
        
        多继承可能会引发父类有同名成员出现，需要加作用域区分
        
        C++实际开发中不建议使用多继承
      - 语法：class 子类：继承方式父类1，继承方式父类2…
    - 9.4.6.8 菱形继承
      - 概念：
        
        1. 两个派生类继承同一个基类
        
        2. 又有某个类同时继承这两个派生类
        
        3. 这种继承称为菱形继承，或者钻石继承
      - 问题：可能会出现二义性
        
        解决：虚继承 virtual
        
        vdptr: 虚基类指针
      - 示例
  - 9.4.7 多态
    - 9.4.7.1 多态的基本概念
      - 多态分为两类：
        
        1. 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
        
        2. 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：
        
        1. 静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址
        
        2. 动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址
      - 动态多态的条件
        
        1、有继承关系
        
        2、子类重写父类的虚函数
        
        重写：子类中的函数返回值类型、函数名称、参数列表与父类完全相同
      - 动态多态的使用
        
        1、父类指针指向子类的对象
      - 示例：
        
        class Animal { public:// 虚函数virtual void speak() {cout << "动物在说话" << endl;} };class Cat : public Animal { public:void speak() {cout << "小猫在说话" << endl;} };// 执行说话的函数 // 如果不加virtual,地址早绑定，在编译阶段就确定了函数地址 // 如果想让子类的方法被调用，父类同名方法要加virtual void doSpeak(Animal &animal) {animal.speak(); }void test01() {Cat cat;doSpeak(cat); // 小猫在说话 }
      - 多态的底层原理
      - 工具查看底层时间的sizeof的大小
    - 9.4.7.2 多态案例一：计算器
      - 多态的优点：
        
        1. 代码组织结构清晰
        
        2.可读性强
        
        3. 利于前期和后勤的扩展和维护
        
        满足开发原则：对扩展开放、对修改关闭
    - 9.4.7.3 纯虚函数和抽象类
      - 在多态中，通常父类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
      - 当一个类中有了纯虚函数，这个类就被称为抽象类
        
        抽象类的特点：
        
        1. 无法实例化对象
        
        2. 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属性抽象类
    - 9.4.7.4 多态案例二：制作饮品
    - 9.4.7.5 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子类的析构代码
        
        解决方式：将父类的析构函数改成虚析构或者纯虚析构
      - 虚析构和纯虚析构的共性：
        
        1、可以解决父类指针释放子类对象
        
        2、都需要具体的函数实现
      - 虚析构和纯虚析构的区别：
        
        1、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：
        
        1、virtual ~类名( ) = 0;
        
        2、类名::~类名( ){ }
      - 总结
      - 1、虚析构和纯虚析构是用来解决父类指针释放子类对象的问题
      - 2、如果子类没有堆区数据，可以不写为虚析构和纯虚析构
      - 3、拥有纯虚析构的类也属于抽象类
    - 9.4.7.6 多态案例三：电脑组装

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