初学者浅析C++类与对象

C++类与对象

class

class基本语法

class ClassName { public:     // 公有成员     Type memberVariable;         // 数据成员     ReturnType memberFunction(); // 成员函数声明  private:     // 私有成员     Type privateMemberVariable;  // 数据成员     ReturnType privateMemberFunction(); // 成员函数声明  protected:     // 保护成员     Type protectedMemberVariable; // 数据成员     ReturnType protectedMemberFunction(); // 成员函数声明 }; 

Important points

• public :公有访问权限，类的外部可以访问

• private：私有访问权限，只有类的内部可以访问。

• protected：保护访问权限，只有类的内部和派生类可以访问。

• 注意，默认权限为private

这里可以实现成员变量的被操作权限

在class中，声明数组大小时，如果声明大小使用的变量为class内的变量时，应当如下

class Map{     public:         const static int maxn =4343;         int next[maxn]={}; }; 

或者建议使用 array 或者 vector

关于class中的static修饰词警示后人

在class中访问没有static修饰的函数与变量都是需要一个已经创建的对象才可以访问。

但是有了static修饰以后便会有所不同。有static修饰的变量和函数仅仅属于这个类本身，不属于某个特定的对象，但是其仍然拥有访问权限的设置！！

其可以直接被如下方式访问

class classname{ 	public: 		static functionname(){/*content*/} 		static cnt; };  int main (){ 	classname::functionname(); 	cout<<classname::cnt<<endl; } 

构造函数与析构函数

构造函数语法：类名(){}

1. 构造函数，没有返回值也不写void
2. 函数名称与类名相同
3. 构造函数可以有参数，因此可以发生重载
4. 程序在调用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(){}

1. 析构函数，没有返回值也不写void
2. 函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~
3. 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
4. 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

注： 这两个函数会被设置访问权限，可以限制类的创建和销毁！！

构造函数分类与调用

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 ``````

​ 显示法

​ 隐式转换法

深拷贝与浅拷贝的差别：

浅拷贝（Shallow Copy）

浅拷贝是指复制对象时，新的对象和原始对象共享相同的内存地址。换句话说，浅拷贝仅复制对象的值（即指针和基本数据类型的值），而不是指针所指向的实际对象。

特点：

1. 共享引用: 如果对象包含指针或引用，浅拷贝只复制指针的值，因此原始对象和拷贝对象的指针会指向同一块内存区域。
2. 性能: 浅拷贝比深拷贝通常更快，因为它只需要复制指针和基本数据类型的值，而不需要递归地复制所有引用的对象。
3. 潜在问题: 由于原始对象和拷贝对象共享相同的内存区域，当一个对象修改了指针指向的内容时，另一个对象的内容也会受到影响。此共享可能导致悬挂指针（如果一个对象释放了共享内存，另一个对象会变成悬挂状态）或数据不一致的问题。

深拷贝（Deep Copy）

深拷贝则是创建一个新对象，并递归地复制原始对象所引用的所有对象。换句话说，深拷贝不仅复制对象的值，还复制对象内包含的所有指针指向的对象，从而创建一个完全独立的新对象。

特点：

1. 独立性: 原始对象和深拷贝对象之间没有共享的内存区域，修改一个对象不会影响另一个对象。
2. 性能: 深拷贝可能较慢，因为它涉及递归地复制所有指针所指向的内容。
3. 内存管理: 深拷贝通常需要编写额外的代码来确保正确管理内存，例如在析构函数中释放分配的内存，避免内存泄漏。

构造函数的初始化列表

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; }; 

类对象作为类成员的构造和析构函数调用顺序

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

//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 

静态成员

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（一定要记着初始化，不然编译错误不显示！！！）

  class Example { public:     static int staticVar; // 声明静态成员变量 };  int Example::staticVar = 0; // 定义并初始化静态成员变量 

静态成员函数(static)

• 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（其实只需要在参数上加入一个对象就可以访问对象的成员变量）

静态函数可以在类里面声明，在类外定义！！

常成员(const)

const 修饰成员函数

• 保证不会改变对象的状态，但是可以调用更改 static 修饰的变量

• 只可以调用其他const成员函数

  为了保证在const成员函数中，不会对对象进行改变

  可以调用静态函数！！！

• 可以返回一个值，但是如果返回的是指针or引用，则必须加上const

  class Type{ 	int a;     const int* GO() const{//int const* GO() const 这样也可以         return &a; 	} }; 

  这一条并不适用于 static变量： 当返回的值为static变量的地址或引用时，可以不用static

  注意：在这里在再次区分一下 const int * int const * int * const

  前两者是一样的，定义的指针不可以修改对应的地址

  第三者是指该指针所指的地址不可修改，但是可以通过指针修改内容

• 成员变量加上 (mutable) 就可以不受以上规则限制，而可被const函数修改和返回非常量指针

总结: 常函数保证了不会通过其对对象有任何形式的修改包括指针与引用，但是对应于 (static,mutabl) 修饰的变量例外

const关键字的使用方式：

const int* () const{} 

前一个 (const) 用于修饰返回值，后一个用于修饰函数为静态函数

注意：函数可以反回 (const) 的值，但是没有意义，因为其返回的值是拷贝。但是返回 (const) 的指针与引用是有意义的。

const MyClass& getObject() const {     static MyClass obj;     return obj; } OR const MyClass* getObject() const {     static MyClass obj;     return obj; } 

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

• 常对象可以修改静态变量，调用静态函数，修改 (mutable) 变量

友元

通过声明友元的方式，可以使C++中某个类的private和protected的变量和函数被其他类和函数访问

友元类

友元类函数

友元全局函数

class People{     friend class Dorm; //友元类     friend void get_password(const People&,const Dorm&); //友元函数     public:     const int ID;     void Change_drompassword(const int&,const int&,const int &,Dorm&);     public:     People(int id,int Password): ID(id),password(Password){         cout<<"creat a new personn";     }     private:     int password; };  class Dorm{     friend class People;     friend void get_password(const People & a,const Dorm & b);     friend void People::Change_drompassword(const int&,const int&,const int &,Dorm&); //友元类函数     private:     int get_number(){         return dorm_number;     }     int dorm_number;     int dorm_password;     public:     Dorm(int number,int password):dorm_number(number),dorm_password(password){         cout<<"creat a drom!n";     } }; 

Attention:

• 在声明友元类函数之前，一定要保证该类已经被声明完成（提前声明不可以，因为complier只是知道了有这个类而不知道这个类的具体内容）。例如：将以上代码的两个类的定义交换位置为导致 $ incompleting $ 错误
• 在声明有友元函数时，参数列表不用写参数名称，但是 (const~,&~) 不可拉下

友元的注意事项

1. 不具有继承关系：友元关系不会被继承。例如，如果类B是类A的友元，类C继承了类A，类C不会自动成为类B的友元。
2. 友元不具有传递性：如果类A是类B的友元，类B不是自动成为类A的友元。
3. 友元关系是单向的：即使类A是类B的友元，类B并不能自动访问类A的私有成员，除非类B也显式地声明类A为友元。

(C++) 中的输入输出流

输入流

• 用于从外部源（如键盘或文件）读取数据。

• 主要的输入流对象是std::cin，它表示标准输入流。

• cin.fail() 用于检查输入是否成功

• cin.ignore() 函数

  • 忽略指定数量的字符

    std::cin.ignore(count);//count 代表数量 

  • 忽略直到特定字符或 EOF：

    std::cin.ignore(count, delimiter);//delimiter 代表分隔符，这个分隔符也会被舍去 std::cin.ignore(numeric_limits<std::streamsize>::max(), 'n')：//忽略输入流中的特定字符或直到遇到换行符。 

输出流

• 用于将数据输出到外部目标（如显示器或文件）。
• 主要的输出流对象是std::cout，它表示标准输出流。
• cout.flush() 刷新输出流，确保所有缓冲区的数据被输出到终端。

错误流

• 用于输出错误信息。

• 主要的错误流对象是std::cerr，它用于打印错误信息。

日志流（Log Stream）

• 用于输出警告或日志信息。
• 主要的日志流对象是std::clog。

注： 以上四个标准流的使用方法都是一样的

int x; std::cin >> x; std::cout << "Hello, World!" << std::endl; std::cerr << "An error occurred!" << std::endl; std::clog << "This is a log message." << std::endl; 

文件流

除了标准流，C++还支持文件流，用于从文件中读取数据或将数据写入文件。文件流的主要类有：

• std::ifstream：用于输入文件流。
• std::ofstream：用于输出文件流。
• std::fstream：用于读写文件流（即同时支持输入和输出）。

#include <iostream> #include <fstream> // 引入文件流  int main() {     // 写入文件     std::ofstream outFile("example.txt");     if (outFile.is_open()) {         outFile << "Hello, File!" << std::endl;         outFile.close();     }      // 读取文件     std::ifstream inFile("example.txt");     std::string line;     if (inFile.is_open()) {         while (getline(inFile, line)) {             std::cout << line << std::endl;         }         inFile.close();     }      return 0; }  

文件打开模式

首先在打开文件流是可以设置打开模式的，设置方法如下

std::fstream file("example.txt", std::ios::in | std::ios::out | std::ios::ate); 

注： 当要使用多个打开模式时，可以用 | 将其链接

接下来介绍文件打开模式

• std::ios::in：用于读操作。

• std::ios::out：用于写操作，文件内容会被覆盖（如果文件存在）。

• std::ios::app：用于追加操作，所有写入的数据会追加到文件末尾。

• std::ios::ate：文件打开时将文件指针定位到文件末尾，适用于需要在文件末尾开始读写的情况。

• std::ios::trunc：如果文件已经存在，会清空文件内容，通常与 std::ios::out 一起使用。

• std::ios::binary 以二进制的方式打开文件，不会进行仍何文本转化（比如换行符转化）

  #include <iostream> #include <fstream> #include <vector>  int main() {     // 文件名     const char* filename = "example.bin";          // 打开文件以二进制模式     std::ifstream file(filename, std::ios::binary);          // 检查文件是否成功打开     if (!file) {         std::cerr << "无法打开文件: " << filename << std::endl;         return 1;     }          // 移动文件指针到文件末尾以获取文件大小     file.seekg(0, std::ios::end);     std::streamsize size = file.tellg();     file.seekg(0, std::ios::beg);          // 使用 std::vector 存储文件内容     std::vector<char> buffer(size);          // 读取文件内容到 buffer 中     if (file.read(buffer.data(), size)) {         // 处理文件内容（示例中仅输出文件大小）         std::cout << "文件大小: " << size << " 字节" << std::endl;         // 这里可以根据需要处理 buffer 中的数据     } else {         std::cerr << "读取文件失败" << std::endl;     }          // 关闭文件     file.close();          return 0; } /* 文件名：你需要指定你想要读取的文件名。示例中使用的是 "example.bin"。  打开文件：std::ifstream file(filename, std::ios::binary); 这行代码打开了指定的文件，并以二进制模式进行读取。  获取文件大小：使用 seekg 和 tellg 方法来确定文件的大小。  读取内容：file.read(buffer.data(), size); 这行代码将文件内容读取到 buffer 中。  错误检查：在打开文件和读取文件后，检查是否成功执行这些操作。  关闭文件：使用 file.close(); 关闭文件。 */ 

以上打开方式在 ifstream ofstream 中使用是没有问题的，只不过要注意不要把输出的文件打开方式安在输入文件流上面了，会导致文件流无法正常打开的问题

最后让我们来介绍一下在 fstream 中使用这些文件打开方式会出现的一些问题

• 单独使用 app,ate,trunc 都是不行的，因为他们没有给出文件的读写模式，所以要加上 in out

• 有个作死的玩法

  fstream IN(".in", std::ios::out); cout<<IN.is_open()<<endl; int a; IN>>a; IN<<1111<<endl; 

  然后你就会发现输出了个寂寞

定位输出指针

std::ios::beg //开头指针 std::ios::cur //当前指针 std::ios::end //文件末尾 

搭配函数 seekg() 使用

    // 将读指针移动到文件开头 inFile.seekg(0, std::ios::beg);     // 将读指针移动到当前指针位置向后偏移5个字符的位置 inFile.seekg(5, std::ios::cur); 

(istream) 与 (ostream)

这两是流的两种类型，是最基础的，一个是输入流，一个是输出流

重载运算符的时候就是用的这两

//笔者摆烂了，BF5见！

运算符重载

重载函数的两种形式

重载函数和其他函数一样都会存在访问权限问题！！！

友函数重载

class Grade{     friend ostream& operator<<(ostream& out,const Grade & P);     private:     int grade_Chnese,grade_program,grade_math;     Grade(int a,int b,int c,bool OP):grade_Chnese(a),grade_program(b),grade_math(c){         if(OP) cout<<"insert grade succesfully!n";     }     Grade(){} };  ostream& operator <<(ostream & OUTT,const Cnt & b){     OUTT<<b.cnt<<endl;     return OUTT; } 

注： 在友函数重载中，两个参数分别代表左右操作符（其实也可以不用加 friend 如果不用访问 private 和 protected 的话）

成员函数重载

class Grade{     public:     Grade operator + (const Grade& A) const{        return Grade(A.grade_Chnese+grade_Chnese,A.grade_program+grade_program,A.grade_math+grade_math,0);     } } 

注： 在成员函数重载中对象本身会作为左操作数，参数作为右操作数

运算符重载实例

注： + - * / > < >= <= == 都比较简单，参考结构体重构一样的

注： 建议在定义参数时使用常变量+引用，防止意外的更改以及加快速度

左移右移符号（输入输出流操作符）

由于在左移右移符号中，对象始终处于右操作数，所以只可以使用友函数的方法

class Grade{     friend ostream& operator<<(ostream& out,const Grade & P);     friend class People;     private:     int grade_Chnese,grade_program,grade_math;     Grade(int a,int b,int c,bool OP):grade_Chnese(a),grade_program(b),grade_math(c){         if(OP) cout<<"insert grade succesfully!n";     }     Grade(){}     public:     Grade operator + (const Grade& A) const{         return Grade(A.grade_Chnese+this->grade_Chnese,A.grade_program+this->grade_program,A.grade_math+this->grade_math,0);     } };  ostream& operator<<(ostream& Gut,const Grade & P){     Gut<<P.grade_Chnese<<" "<<P.grade_program<<" "<<P.grade_math<<endl;     return Gut; } 

自增自减符号

class Cnt{     public:     double cnt;     Cnt(long double a=0){cnt=a;}     Cnt& operator ++(){         (this->cnt)+=1;         return *this;     }//先修改，后返回引用     Cnt operator ++(int){//这个int用于占位，是C++编译器用于区分这两个重载的标志，无实际意义！！         Cnt a=*this;         cnt+=1;         return a;     }//先返回值，后修改 }; 

继承

继承的基本概念：

1. 基类（Base Class）：被继承的类，提供共有的属性和方法。
2. 派生类（Derived Class）：从基类继承的类，可以重用基类的成员，并且可以扩展或修改这些成员。

继承的类型

1. 公有继承（Public Inheritance）：

   • 最常用的继承方式，表示派生类“是一个”基类的特殊类型。
   • 基类的公有成员在派生类中保持公有，基类的保护成员在派生类中保持保护。

• 基类的私有成员不能直接访问。

  class Base { public:     int pubValue; protected:     int protValue; private:     int privValue; 

};

class Derived : public Base {
public:
void accessMembers() {
pubValue = 1; // 可以访问公有成员
protValue = 2; // 可以访问保护成员
// privValue = 3; // 不能访问私有成员
}
};

2. **保护继承（Protected Inheritance）**：       - 基类的公有和保护成员在派生类中都变成保护成员。  - 不允许外部代码通过派生类访问这些成员，但派生类内部可以访问。       ```cpp     class Derived : protected Base {     public:         void accessMembers() {             pubValue = 1;   // 可以访问公有成员（现在是保护成员）             protValue = 2;  // 可以访问保护成员             // privValue = 3; // 不能访问私有成员         }     };  ```  3. **私有继承（Private Inheritance）**： - 基类的公有和保护成员在派生类中都变成私有成员。 - 外部代码不能通过派生类访问这些成员，但派生类内部可以访问。  ```cpp class Derived : private Base { public:     void accessMembers() {         pubValue = 1;   // 可以访问公有成员（现在是私有成员）         protValue = 2;  // 可以访问保护成员         // privValue = 3; // 不能访问私有成员     } }; 

注意： 虽然说基类 private 的成员是无法在派生类中被调用的，但是实际上他是被继承过来了的，只是被编译器隐藏了。

继承的特点

1. 构造函数和析构函数：

   • 派生类的构造函数会调用基类的构造函数。基类的构造函数先执行，派生类的构造函数后执行。
   • 派生类的析构函数会调用基类的析构函数。派生类的析构函数先执行，基类的析构函数后执行。

class Base { public:     Base() { std::cout << "Base Constructorn"; }     virtual ~Base() { std::cout << "Base Destructorn"; } };  class Derived : public Base { public:     Derived() { std::cout << "Derived Constructorn"; }     ~Derived() { std::cout << "Derived Destructorn"; } }; 

       如果你想向基类的构造函数中输入参数，可以用以下方式：        ```C++    class People{        public:        string Name;        People(){cout<<"creat a peoplen";}        People(const string& name,const string& id,const string& phone_num):Name(name),ID(id),Phone_num(phone_num){cout<<"creat a new peoplen";}        protected:        string ID;        string Phone_num;    };        class Student: public People{        public:        Student(){cout<<"creat a new studentn";}        Student(const string& name,const string& id,const string& phone_num):        People(name,id,phone_num){//在这里，使用参数列表的方式注入参数            cout<<"creat a new studentn";        }    };     

这样写是不对的：

class People{     public:     string Name;     People(){cout<<"creat a peoplen";}     People(const string& name,const string& id,const string& phone_num):Name(name),ID(id),Phone_num(phone_num){cout<<"creat a new peoplen";}     protected:     string ID;     string Phone_num; };  class Student: public People{     public:     Student(){cout<<"creat a new studentn";}         Student(const string& name,const string& id,const string& phone_num):     People::Name(name),People::ID(id),People::Phone_num(phone_num){         cout<<"creat a new studentn";     } }; 

2. 变量名冲突:

   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

   class People{     public:     string Name;     People(){cout<<"creat a peoplen";}     People(const string& name,const string& id,const string& phone_num):Name(name),ID(id),Phone_num(phone_num){cout<<"creat a new peoplen";}     void Print();     protected:     string ID;     string Phone_num; };  class Student: public People{     public:     string ID;     Student(){cout<<"creat a new studentn";}     Student(const string& name,const string& id,const string& phone_num,const string & IDD):People(name,id,phone_num),ID(IDD){         cout<<"creat a new studentn";     }     void OKK(){         cout<<People::ID<<" "<<ID<<endl;//这里，加入作用域就ok啦     } }; 

3. 虚继承：

   • 用于解决菱形继承（钻石继承）问题，确保基类只被初始化一次。
   • 通过在基类前加上 virtual 关键字来声明虚继承。

   class Base { public:     int value; };  class Derived1 : virtual public Base {}; class Derived2 : virtual public Base {};  class Final : public Derived1, public Derived2 {};//在Final 类中就只会有一个 Base::value 避免了冗余和二义性 

4. 多重继承：

   • C++支持一个类从多个基类继承。这种方式允许一个类同时继承多个类的功能，但需要小心避免命名冲突和不一致的问题。

   class A { public:     void funcA() {} };  class B { public:     void funcB() {} };  class C : public A, public B { public:     void funcC() {} }; 

使用继承的注意事项

• 继承的正确性：确保使用继承关系能够表达类之间的实际关系，避免使用继承来简单地复用代码。
• 封装性：使用保护或私有继承可以减少对基类实现细节的依赖。
• 多态性：利用虚函数（virtual functions）和动态绑定（dynamic binding）来实现运行时多态。

继承是C++的一个强大特性，但合理地使用它对于维护代码的可读性和可维护性是非常重要的。

多态

C++中的多态主要有两种类型：

1. 编译时多态（静态多态）
2. 运行时多态（动态多态）

编译时多态（静态多态）

编译时多态发生在编译阶段，主要通过函数重载（Function Overloading）和运算符重载（Operator Overloading）来实现。

运行时多态（动态多态）

虚函数：在基类中声明为virtual的成员函数，允许派生类重写，并在运行时通过基类指针或引用调用派生类的实现。

class Base { public:     virtual void show() const {         std::cout << "Base class show function" << std::endl;     }      virtual ~Base() {} // 虚析构函数，确保正确释放派生类资源 };  class Derived : public Base { public:     void show() const override { // 重写基类的 show 函数         std::cout << "Derived class show function" << std::endl;     } }; 

这里 override 表示这是一个重写的函数，如果是 override final 指明派生类中某个虚函数不仅是重写了基类的虚函数，而且不允许进一步重写

在基类中也可以采用纯虚函数的写法

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（就是无法声明出对象）
• 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

(Attention:)

当派生类的成员占据了堆的空间时（就是派生类是被 new 函数弄个出来的时候），基类的析构函数必须虚函数（纯虚函数也OK），不然会导致在 delete 派生对象时，只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数，导致出现内存泄漏。

#include <iostream> //Wrong class Base { public:     Base() { std::cout << "Base constructorn"; }     ~Base() { std::cout << "Base destructorn"; } // 非虚析构函数 };  class Derived : public Base { public:     Derived() { std::cout << "Derived constructorn"; }     ~Derived() { std::cout << "Derived destructorn"; } };  int main() {     Base* basePtr = new Derived();     delete basePtr; // 只调用 Base 的析构函数     return 0; } 

#include <iostream> //corect class Base { public:     Base() { std::cout << "Base constructorn"; }     virtual ~Base() { std::cout << "Base destructorn"; } // 虚析构函数 };  class Derived : public Base { public:     Derived() { std::cout << "Derived constructorn"; }     ~Derived() { std::cout << "Derived destructorn"; } };  int main() {     Base* basePtr = new Derived();     delete basePtr; // 现在会调用 Derived 的析构函数，然后调用 Base 的析构函数     return 0; } 

撒花完结！！！