4.类和对象

• 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，对象上有其属性和行为

例如：

• 人可以作为对象，属性有姓名、年龄、身高、体重...,行为有走、跑、跳、说话...
• 车可以作为对象，属性有轮胎、方向盘、车灯...,行为有载人、放音乐、开空调...
• 具有相同性质的对象，我们可以对其进行抽象，抽象为类，人属于人类，车属于车类

4.1 封装

4.1.1 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

封装意义一：在设计类的时候，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 我们统一称为成员

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
• 类和对象-封装-属性和行为作为整体.cpp

#include <iostream>
using namespace std;
// 圆周率
const double PI = 3.1415926;
// 设计一个圆类,求圆的周长
// 圆求周长的公式 : 2 * PI * 半径
class Circle {// 访问权限// 公共权限
public:// 行为// 获取圆的周长double calculatePerimeter(double radius) {return 2 * PI * radius;}// 属性:半径int m_radius;
};
int main() {// 通过圆类,创建具体的圆(对象)// 实例化(通过一个类 创建一个对象的过程)Circle c1;c1.m_radius = 10;cout<<"圆的周长为 : "<<c1.calculatePerimeter(c1.m_radius)<<""<<endl;return 0;
}

• 示例2：设计学生类

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>
// 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// 设计学生类
class Student{
public://公共权限// 类中的属性和行为 我们统一称为成员// 属性 -> 成员属性/成员变量// 行为 -> 成员函数/成员方法string m_name; // 姓名int m_Id; // 学号// 行为void setName(string name){ // 设置姓名m_name = name;}void setId(int id){ // 设置学号m_Id = id;}void display(){ // 显示姓名和学号cout << "姓名：" << m_name << endl;cout << "学号：" << m_Id << endl;}
};int main() {// 创建一个具体学生 实例化对象Student s1;// 给s1对象 进行属性赋值操作s1.m_name = "张三";s1.m_Id = 2019001;// 显示学生信息s1.display();s1.setName("李四");s1.setId(2019002);s1.display();
}

运行结果：

PS D:\Work\c++\build\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
姓名：张三
学号：2019001
姓名：李四
学号：2019002
PS D:\Work\c++\build\bin>

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
2. protected 保护权限
3. private 私有权限

#include <iostream>
using namespace std;/*三种访问权限: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   类外不可以访问(儿子不可以访问父亲中的私有内容)
*/class Person{
public:void func() {m_Name = "张三";//公共权限m_Car = "拖拉机";//保护权限m_Password = 123456;//私有权限}
public:// 公共权限string m_Name;//姓名
protected:// 保护权限string m_Car;//汽车
private:// 私有权限int m_Password;//密码
};int main() {// 实例化具体对象Person p1;p1.m_Name = "呵呵哒";//类外可以访问(public)// p1.m_Car = "保时捷";//保护权限内容,在类外访问不到 error:成员"Person::m_Car"不可访问// p1.m_Password = 123456;//私有权限内容,在类外访问不到 error:成员"Person::m_Password"不可访问p1.func();//类外可以访问(public)return 0;
}

4.1.2 struct和class区别

• 在C++中struct和class唯一的区别就是默认的访问权限不同

区别：

• struct默认权限是公共权限
• class默认权限是私有权限

#include <iostream>
using namespace std;class C1{int m_A;// 默认权限 是私有
};struct C2{int m_A;// 默认权限 是公共
};int main() {/*在C++中struct和class唯一的区别就是默认的访问权限不同区别：struct默认权限是公共权限class默认权限是私有权限*/C1 c1;// c1.m_A = 10;// error:成员"C1::m_A"不可访问C2 c2;c2.m_A = 100;// ok return 0;
}

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，可以自己控制读写权限
• 优点2：对于写权限，我们可以检测到数据的有效性

演示：控制读写权限 

#include <iostream>
using namespace std;
/*成员属性设置私有优点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，我们可以检测到数据的有效性
*/
// 人类
class Person{
public:// 设置姓名void setName(string name) {m_Name = name;}// 获取姓名string getName() const {// 返回类型为const，表示返回的是常量，不可修改返回值。return m_Name;// 返回m_Name的值。}// 获取年龄int getAge() const {// 返回类型为const，表示返回的是常量，不可修改返回值。return m_Age;// 返回m_Age的值。}// 设置偶像void setIdol(string idol) {m_Idol = idol;}
private:string m_Name;// 姓名 可读可写int m_Age = 18;// 年龄  只读string m_Idol;// 偶像 只写
};int main() {Person p;// 姓名设置p.setName("张三");cout<<"姓名："<<p.getName()<<endl;// 姓名：张三// 获取年龄cout<<"年龄："<<p.getAge()<<endl;// 输出年龄：18// 偶像设置p.setIdol("迪丽热巴");return 0; // 程序执行成功，返回0
}

演示：检测到数据的有效性，例如年龄设置为0-150之间

#include <iostream>
using namespace std;
/*成员属性设置私有优点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，我们可以检测到数据的有效性
*/
// 人类
class Person{
public:// 设置姓名void setName(string name) {m_Name = name;}// 获取姓名string getName() const {// 返回类型为const，表示返回的是常量，不可修改返回值。return m_Name;// 返回m_Name的值。}// 设置年龄 0-150void setAge(int age) {if (age < 0 || age > 150) {cout << "年龄: "<< age << ",输入错误！" << endl;// 输出错误信息。return;}m_Age = age;}// 获取年龄int getAge() const {// 返回类型为const，表示返回的是常量，不可修改返回值。return m_Age;// 返回m_Age的值。}// 设置偶像void setIdol(string idol) {m_Idol = idol;}
private:string m_Name;// 姓名 可读可写int m_Age = 18;// 年龄  只读string m_Idol;// 偶像 只写
};int main() {Person p;// 姓名设置p.setName("张三");cout<<"姓名："<<p.getName()<<endl;// 姓名：张三// 获取年龄p.setAge(250);cout<<"年龄："<<p.getAge()<<endl;// 输出年龄：18// 偶像设置p.setIdol("迪丽热巴");return 0; // 程序执行成功，返回0
}

练习案例1：设计立方体类

• 设计立方体类（Cube）
• 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

1.类和对象-封装-设计案例1-立方体类 

#include <iostream>
using namespace std;/*立方体类设计1.创建立方体类2.设计属性3.设计行为 获取立方体面积和体积4.分别利用全局函数和成员函数 判断两个立方体是否相等
*/
class Cube{
public:// 设置长void setL(int l){m_L=l;}// 获取长int getL(){return m_L;}// 设置宽void setW(int w){m_W=w;}// 获取宽int getW(){return m_W;}// 设置高void setH(int h){m_H=h;}// 获取高int getH(){return m_H;}// 获取立方体面积int getArea(){return 2*(m_L*m_W+m_L*m_H+m_W*m_H);}// 获取立方体体积int getVolume(){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(getL() == c.getL() && getW() == c.getW() && getH() == c.getH()) {return true;}else{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; // 判断长宽高是否相等，如果相等则返回true，否则返回falseelse return false;
}int main() {Cube c1,c2;c1.setL(5);c1.setW(4);c1.setH(3);c2.setL(10);c2.setW(10);c2.setH(10);cout<<"c1的面积为："<<c1.getArea()<<endl;cout<<"c1的体积为："<<c1.getVolume()<<endl;cout<<"***************************"<<endl;cout<<"c2的面积为："<<c2.getArea()<<endl;cout<<"c2的体积为："<<c2.getVolume()<<endl;// 判断c1和c2是否相等// 利用全局函数判断bool ret = isSame(c1,c2);if(ret) cout<<"利用全局函数判断:c1和c2相等"<<endl;else cout<<"利用全局函数判断:c1和c2不相等"<<endl;// 利用成员函数判断ret = c1.isSameByClass(c2);if(ret) cout<<"利用成员函数判断:c1和c2相等"<<endl;else cout<<"利用成员函数判断:c1和c2不相等"<<endl;return 0;
}

2.类和对象-封装-设计案例2-点和圆关系案例

#include <iostream>
using namespace std;// 点和圆关系案例// 点类
class Point{
public:// 设置xvoid setX(int x) {m_X = x;}// 获取xint getX() {return m_X;}// 设置yvoid setY(int y) {m_Y = y;}// 获取yint getY() {return m_Y;}
private:int m_X;int m_Y;
};// 圆类
class Circle {
public: // 设置半径void setR(int r) {m_R = r;}// 获取半径int getR() {return m_R;}// 设置圆心void setCenter(Point center) {m_Center = center;}// 获取圆心Point getCenter() {return m_Center;}
private:int m_R;// 半径// 在类中可以让另一个类 作为本类中的成员Point m_Center;// 圆心
};
// 判断点和圆关系
void isInCircle(Circle& c, Point& p)  {// 计算两点之间距离 平方int distance = (c.getCenter().getX() - p.getX()) * (c.getCenter().getX() - p.getX()) +(c.getCenter().getY() - p.getY()) * (c.getCenter().getY() - p.getY());// 计算半径的平方int rDistance = c.getR() * c.getR();// 判断关系if(distance == rDistance) {cout<<"点在圆上"<<endl;}else if(distance < rDistance) {cout<<"点在圆内"<<endl;  }else {cout<<"点在圆外"<<endl;}
}
int main() {// 创建圆Circle c;c.setR(10);Point center;center.setX(10);center.setY(0);c.setCenter(center);// 创建点Point p;p.setX(10);p.setY(9);// 判断关系isInCircle(c,p);return 0;
}

 进一步完善项目

• point.h

#pragma once
// 点类
class Point{
public:// 设置xvoid setX(int x);// 获取xint getX();// 设置yvoid setY(int y);// 获取yint getY();
private:int m_X;int m_Y;
};

• point.cpp

#include "point.h"// 设置x
void Point::setX(int x) {m_X = x;}
// 获取x
int Point::getX() {return m_X;}
// 设置y
void Point::setY(int y) {m_Y = y;}
// 获取y
int Point::getY() {return m_Y;}

•  circle.h

#pragma once
#include "point.h"
// 圆类
class Circle {
public: // 设置半径void setR(int r);// 获取半径int getR();// 设置圆心void setCenter(Point center);// 获取圆心Point getCenter();
private:int m_R;// 半径// 在类中可以让另一个类 作为本类中的成员Point m_Center;// 圆心
};

• circle.cpp

#include "circle.h"
// 设置半径
void Circle::setR(int r) {m_R = r;}
// 获取半径
int Circle::getR() {return m_R;}
// 设置圆心
void Circle::setCenter(Point center) {m_Center = center;}
// 获取圆心
Point Circle::getCenter() {return m_Center;}

4.2 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

4.2.1 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

• 一个对象或者变量没有初始状态，对其使用后果是未知
• 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(){}  

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

析构函数写法：~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. 程序在对象销毁时候会自动调用析构，无须手动调用，而且只会调用一次

#include <iostream>
using namespace std;// 对象的初始化和清理
// 1.构造函数 进行初始化操作
class Person {
public:// 1. 构造函数// 没有返回值 不用写void// 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 构造函数的调用"<<endl;}// 2.析构函数 进行清理的操作// 没有返回值 不写void// 函数名和类名相同 在名称前加~// 析构函数不可以有参数的,不可以发生重载// 对象在销毁前,会自动调用析构函数,而且只会调用一次~Person () {cout<<"Person 析构函数的调用"<<endl;}
};// 构造和析构都是必须有的实现,如果我们不提供,编译器会提供一个空实现的构造和析构
void test01() {Person p;// 在栈上的数据,test01执行完毕后,释放这个对象
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> .\app
Person 构造函数的调用
Person 析构函数的调用
PS D:\Work\c++\bin>

4.2.2 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
• 显示法
• 隐式转换法

#include <iostream>
using namespace std;// 1.构造函数的分类及调用
// 分类
//    按照参数分类      无参构造(默认构造)和有参构造
//    按照类型分类      普通构造 拷贝构造
class Person {
public:// 无参构造函数Person(){cout<<"Person的构造函数调用"<<endl;}// 有参构造函数Person(int age) {m_age=age;cout<<"Person的构造函数调用"<<endl;}// 拷贝构造函数Person(const Person& p) {// 将传入的人身上的所有属性,拷贝到我身上m_age = p.m_age;cout<<"Person的拷贝构造函数调用"<<endl;}~Person(){cout<<"Person的析构函数调用"<<endl;}int m_age;
};void test01() {// 1. (括号法)Person p1;// 默认构造调用Person p2(10);// 有参构造调用Person p3(p2);// 拷贝构造调用cout<< "p2的年龄是: "<<p2.m_age<<endl;cout<< "p3的年龄是: "<<p3.m_age<<endl;// 注意事项1// 调用默认构造函数时候,不要加()// 因为下面这行代码,编译器会认为是一个函数的声明,不会认为在创建对象// Person p1();// void func();
}void test02() {// 2.显示法Person p1;Person p2 = Person(10);// 有参构造Person p3 = Person(p2);// 拷贝构造Person(20);// 匿名对象 特点:当前行执行结束后,系统会立即回收掉匿名对象cout<<"asasasa"<<endl;// 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Person(p3) == Person p3;// 会认为这是一个对象的声明// Person(p3); // 此时重定义了
}void test03() {// 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
}// 调用
int main() {test02();return 0;
}

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

#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) : m_Age(age) {cout<<"Person有参构造函数调用"<<endl;}Person(const Person& p) {m_Age = p.m_Age;cout<<"Person拷贝构造函数调用"<<endl;}~Person() {cout<<"Person析构函数调用"<<endl;}int m_Age;
private:};// 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: "<<p2.m_Age<<endl;/*Person有参构造函数调用Person拷贝构造函数调用p2: 20Person析构函数调用Person析构函数调用*/
}// 2.值传递的方式给函数参数传值
void doWork(Person p) {// 值传递会拷贝一个临时的副本出来,在调用它的拷贝构造函数,}void test02() {Person p;doWork(p);/*Person默认构造函数调用Person拷贝构造函数调用Person析构函数调用Person析构函数调用*/
}// 3.以值方式返回局部对象
Person doWork2() {Person p1;cout<<(int*)&p1<<endl;return p1;
}
void test03() {Person p = doWork2();cout<<(int*)&p<<endl;
}int main() {test03();return 0;
}

4.2.4 构造函数调用规则

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：

• 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
• 如果用户定义拷贝构造函数，C++不会再提供其他构造函数

#include <iostream>
using namespace std;// 构造函数的调用规则
// 1.创建一个类,C++编译器会给每个类都添加至少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:// 默认构造Person() { cout << "Person的默认构造函数调用" << endl; }// 有参构造Person(int age) {m_Age = age; cout << "Person的有参构造函数调用" << endl; }// 拷贝构造// Person(const Person& p) {//     m_Age = p.m_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 m_Age;
};void test01() {Person p;p.m_Age = 18;Person p2(p);cout<<"p2的年龄为: "<<p2.m_Age<<endl;
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
Person的默认构造函数调用
p2的年龄为: 18
Person的析构函数调用
Person的析构函数调用

• 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

#include <iostream>
using namespace std;// 构造函数的调用规则
// 1.创建一个类,C++编译器会给每个类都添加至少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:// 默认构造Person() { cout << "Person的默认构造函数调用" << endl; }// 有参构造Person(int age) {m_Age = age; cout << "Person的有参构造函数调用" << endl; }// 拷贝构造Person(const Person& p) {m_Age = p.m_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 m_Age;
};void test01() {Person p;p.m_Age = 18;Person p2(p);cout<<"p2的年龄为: "<<p2.m_Age<<endl;
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

Person的默认构造函数调用
Person的拷贝构造函数调用
p2的年龄为: 18
Person的析构函数调用
Person的析构函数调用

•  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

#include <iostream>
using namespace std;// 构造函数的调用规则
// 1.创建一个类,C++编译器会给每个类都添加至少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:// 默认构造Person() { cout << "Person的默认构造函数调用" << endl; }// 有参构造Person(int age) {m_Age = age; cout << "Person的有参构造函数调用" << endl; }// 拷贝构造// Person(const Person& p) {//     m_Age = p.m_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 m_Age;
};void test02() {Person p(18);Person p2(p);
}int main() {test02();return 0;
}

执行结果：

Person的有参构造函数调用
Person的析构函数调用
Person的析构函数调用

4.2.5 深拷贝与浅拷贝

深拷贝是面试经典问题，也是常见的一个坑

• 浅拷贝：简单的赋值拷贝操作
• 深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作

#include<iostream>
using namespace std;// 深拷贝与浅拷贝
class Person {
public:Person() { cout<<"Person的默认构造函数调用"<<endl; }Person(int age,int height) { m_Age = age;m_Height = new int(height);cout<<"Person的有参构造函数调用"<<endl; }// 自己实现拷贝构造函数,解决浅拷贝带来的问题Person(const Person& p) {cout<<"Person的拷贝构造函数调用"<<endl;m_Age = p.m_Age;// m_Height = p.m_Age; // 编译器默认实现就是这行代码// 深拷贝操作m_Height = new int(*p.m_Height); // 在堆区创建一块内存}~Person(){ // 析构代码,将堆区开辟数据做释放操作if(m_Height != NULL) {delete m_Height;m_Height = NULL;}cout<<"Person的析构函数调用"<<endl; }int m_Age;int* m_Height;// 身高
};void test01() {// 深拷贝,p1走p1的析构,p2走p2的析构.注意:堆栈是先进后出的// 浅拷贝,有交叉重复释放的问题Person p1(18,160);cout<<"p1的年龄: "<<p1.m_Age<<"身高: "<<*p1.m_Height<<endl;Person p2(p1);// 默认的拷贝构造函数(浅拷贝)cout<<"p2的年龄: "<<p2.m_Age<<"身高: "<<*p2.m_Height<<endl;
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

Person的有参构造函数调用
p1的年龄: 18身高: 160
Person的拷贝构造函数调用
p2的年龄: 18身高: 160
Person的析构函数调用
Person的析构函数调用

总结：如果属性有在堆区开辟时，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题

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),…{}

#include <iostream>
using namespace std;// 初始化列表
class Person {
public:// 传统初始化操作// 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(1,2,3);cout << p.m_A << " " << p.m_B << " " << p.m_C << endl; // 输出：1 2 3
}int main() {return 0;
}

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：

class A{};class B{A a};

B类中有对象A作为成员，A为对象成员。那么当创建B对象时，A与B的构造和析构的顺序是谁先谁后呢？

• 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

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>
// 类对象作为类成员// 手机类
class Phone {
public:Phone(string pName) {m_PName = pName;cout<<"Phone有参构造调用"<<endl;}~Phone() { cout<<"Phone的析构函数调用"<<endl; }string m_PName;// 品牌名称
};// 人类
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有参构造调用"<<endl;}~Person() { cout<<"Person的析构函数调用"<<endl; }// 姓名string m_name;// 手机Phone m_phone;
private:};// 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
void test01() {Person p("张三", "苹果");cout << "姓名：" << p.m_name << " 手机品牌：" << p.m_phone.m_PName << endl;
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
Phone有参构造调用
Person有参构造调用
姓名：张三 手机品牌：苹果
Person的析构函数调用
Phone的析构函数调用
PS D:\Work\c++\bin>

4.2.8 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

#include <iostream>
using namespace std;// 静态成员变量
class Person {
public:// 1.所有对象都共享同一份数据// 2.编译阶段就分配内存// 3.类内声明,类外初始化操作static int m_A; // 静态成员变量// 静态成员变量也是有访问权限的
private:static int m_B; // 静态成员变量
};int Person::m_A = 100; // 类外初始化操作
int Person::m_B = 200; // 类外初始化操作void test01() {Person p;cout << "m_A = " << p.m_A << endl; // 100Person p2;p2.m_A = 400;cout << "m_A = " << p.m_A << endl; // 400
}void test02() {// 静态成员变量,不属于某个对象上,所有对象都共享同一份数据// 因此静态成员变量有两种访问方式// 1.通过对象进行访问// Person p;// cout<<"p.m_A = "<<p.m_A<<endl; // 100// 2.通过类名进行访问cout << "m_A = " << Person::m_A << endl; // 100// 类外访问不到私有静态成员变量// cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; // error:成员"Person::m_B"不可访问
}int main() {test02();return 0;
}

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

#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
/*因为m_B必须通过创建对象才能访问,得创建一个对象,才能够去读/写这块内存.当你去调用静态成员函数func()这个函数体的内部不知道改变的是哪个对象的m_B非静态成员变量属于特定对象的成员变量
*/
class Person {
public:// 静态成员函数static void func() { m_A = 100;//静态成员函数是可以访问静态成员变量// m_B = 200;//静态成员函数是不可以访问非静态成员变量的,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;// 有两种访问方式
void test01() {// 1.通过对象访问Person p;p.func();// 2.通过类名访问(类外访问不到私有静态成员函数)Person::func();// Person::func2();// 错误,不可访问
}int main() {test01();return 0;
}

因为m_B必须通过创建对象才能访问,得创建一个对象,才能够去读/写这块内存.当你去调用静态成员函数func()。这个函数体的内部不知道改变的是哪个对象的m_B，非静态成员变量属于特定对象的成员变量。静态成员函数是不可以访问非静态成员变量的,无法区分到底是哪个对象的m_B属性。

4.3 C++对象模型和this指针

4.3.1 成员变量和成员函数分开存储

在C++中，类内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。

#include <iostream>
using namespace std;// 成员变量和成员函数是分开存储的
class Person {
public:int m_A;// 非静态成员变量 属于类的对象上static int m_B;// 静态成员变量 不属于类的对象上void func(){} // 非静态成员函数 不属于类的对象上static void func2(){} // 静态成员函数 不属于类的对象上
};int Person::m_B = 100;// 初始化静态成员变量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特分配一个字节空间,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; // 1
}void test02() {Person p;cout<<"size of p = " <<sizeof(p)<<endl; // 4
}int main() {test02();return 0;
}

4.3.2 this指针概念

通过4.3.1 我们知道在C++中成员变量和成员函数是分开存储的。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那个对象调用自己的呢？C++通过提供的对象指针，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) {// this指针指向的是被调用的成员函数 所属的对象this->m_Age = age;}Person& PersonAddPerson(Person& p) {this->m_Age += p.m_Age;// this指向p2的指针,而*this指向的就是p2这个对象本体return *this; // 返回对象本身}int m_Age;
};
// 1.解决名称冲突
void test01() {Person p1(18); // 创建一个Person对象，年龄为18cout <<"p1的年龄为: "<<p1.m_Age << endl; // 输出Person对象的年龄
}// 2.返回对象本身用*this
void test02() {Person p1(10); // 创建一个Person对象，年龄为10Person p2(20); // 创建另一个Person对象，年龄为20// 链式编程思想p2.PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1); cout<<"p2的年龄为: "<<p2.m_Age<<endl; 
}int main() {    test02();return 0;
}

4.3.3 空指针访问成员函数

• C++中空指针也是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

#include <iostream>
using namespace std;// 空指针调用成员函数
class Person {
public:void showClassName() {cout<<"this is Person Class"<<endl;}void showPersonAge() {// 常见报错原因:传入的指针是NULLif(this == NULL) return;cout<<"Age = "<<this->m_Age<<endl;}int m_Age;
};void test01() {Person *p = NULL;p->showClassName();p->showPersonAge();
}int main() {test01();return 0;
}

4.3.4 const修饰成员函数

常函数：

1. 成员函数后加const称此函数为常函数
2. 常函数内不可以修改成员属性
3. 成员属性声明时加关键字mutable，则表示在常函数中依然可以修改

常对象：

1. 声明对象前加const称此对象为常对象
2. 常对象只能调用常函数

const 和 this 

• this指针的本质 是指针常量 指针的指向是不可以修改的,指针指向的值是可以修改的
• Person * const this;
• const Person * const this; 指针的指向的值也不可以修改了
• 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 

注意：

• 特殊变量,即使在常函数中,也可以修改这个值.需要加上关键字mutable 
• 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

#include <iostream>
using namespace std;// 常函数
class Person {
public:Person();// this指针的本质 是指针常量 指针的指向是不可以修改的,指针指向的值是可以修改的// Person * const this;// const Person * const this; 指针的指向的值也不可以修改了// 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void showPerson() const {// 常函数// this->m_A = 10;// this 指针是不可以修改指针的指向的// this = NULL;// error 分配到"this"(记时错误)this->m_B = 100;}void func() {m_A = 100;}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.需要加上关键字mutable
};void test01() {Person p;p.showPerson();
}// 常对象
void test02() {const Person p;// 在对象前加上const,变为常对象// p.m_A = 100;//errorp.m_B = 100;// m_B是特殊值,在常对象也可以修改// 常对象只能调用常函数p.showPerson();// p.func();// error: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() {return 0;
}

4.4 友元

生活中你的家有客厅（Public）,有你的卧室（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。但是呢，你也可以允许你的好闺蜜好基友进去。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

1. 全局函数做友元
2. 类做友元
3. 成员函数做友元

全局函数做友元 

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>// 建筑物
class Building {// 告诉编译器 goodGay全局函数是 Building好朋友,可以访问Building中私有成员friend void goodGay(Building *building);
public:Building() {m_SittingRoom = "客厅";m_BedRoom = "卧室";}
public:string m_SittingRoom; // 客厅
private:string m_BedRoom; // 卧室
};// 全局函数
void goodGay(Building *building) {cout<<"好基友全局函数 正在访问 : "<<building->m_SittingRoom<<endl;cout<<"好基友全局函数 正在访问 : "<<building->m_BedRoom<<endl;
}void test01() {Building building;goodGay(&building); // 调用全局函数
}int main() {test01();return 0; // 返回0表示正常退出
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
好基友全局函数 正在访问 : 客厅
好基友全局函数 正在访问 : 卧室

类做友元

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>
// 类做友元
class Building;
class GoodGay
{
public:GoodGay();void visit();// 参观函数 访问Building中的属性Building *building;
};class Building{// 告诉编译器 GoodGay 类是本来的好朋友,可以访问本类中私有成员friend class GoodGay;
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";
}GoodGay::GoodGay() {// 创建建筑物对象building = new Building;
}void GoodGay::visit() {cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}void test01() {GoodGay gg;gg.visit();
}int main() {test01();return 0;
}

成员函数做友元 

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>
class Building;
class GoodGay{
public:GoodGay();void visit();// 让visit函数可以访问Building中私有成员void visit2();// 让visit2函数不可以访问Building中私有成员Building* building;
};class Building{// 告诉编译器 GoodGay类下的visit成员函数作为本类的好朋友,可以访问私有成员friend void GoodGay::visit();
public:Building();string m_SittingRoom; // 客厅
private:string m_BedRoom; // 卧室
};// 类外实现成员函数
Building::Building(){m_SittingRoom = "客厅";m_BedRoom = "卧室";
}GoodGay::GoodGay(){building = new Building;
}void GoodGay::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 GoodGay::visit2() {cout<<"visit 函数正在访问: "<<building->m_SittingRoom<<endl;    
}void test01() {GoodGay gg;gg.visit();gg.visit2();
}int main() {test01();return 0;
}

4.5  运算符重载

4.5.1 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

总结：

• 对于内置的数据类型的表达式的运算符是不可能改变的
• 不要滥用运算符重载

• 加号运算符重载 

#include <iostream>
using namespace std;// 加号运算符重载
class Person {
public:// 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;
// }// 函数重载的版本
Person operator+(Person &p1,int num) {Person temp;temp.m_A = p1.m_A + num;temp.m_B = p1.m_B + num;return temp;
}void test01() {Person p1;p1.m_A = 10;p1.m_B = 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);// 全局函数重载本质调用// Person p3 = operator+(p1,p2);Person p3 = p1 + p2;// 运算符重载,也可以发生函数重载Person p4 = p1 + 100;cout<<"p3.m_A = " << p3.m_A<<endl;cout<<"p3.m_B = " << p3.m_B<<endl;cout<<"p4.m_A = " << p4.m_A<<endl;cout<<"p4.m_B = " << p4.m_B<<endl;
}int main() {test01();return 0;
}

4.5.2 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 &cout,Person &p);
public:Person(int a,int b):m_A(a),m_B(b){}// 利用成员函数重载 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,因为实现cout在左侧// void operator<<(Person &p) {// }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 &cout,Person &p) // 本质 operator<<(cout,p) 简化 cout<<p
{cout<<"m_A = "<<p.m_A<<" , m_B = "<<p.m_B;return cout;
}void test01() {Person p(10,20);cout<<p<<", hello,world!"<<endl;
}int main() {test01();return 0;
}

总结：重载左移运算符配合友元可以实现输出自定义数据类型 

4.5.3 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;// 重载递增运算符// 自定义整型
class MyInterger {friend ostream& operator<<(ostream& cout,MyInterger myint);
public:MyInterger() {m_Num = 0;}// 重载前置++运算符 返回引用为了一直对一个数据进行递增MyInterger& operator++() {// 先进行++运算m_Num++;// 再将自身做返回return *this;}// 重载后置++运算符 // void operator++(int) int代表占位参数,可以用于区分前置和后置递增MyInterger operator++(int) {// 先 记录当时结果MyInterger temp = *this;// 后 递增m_Num++;// 最后将记录结果做返回return temp;}
private:int m_Num;
};// 重载<<运算符
ostream& operator<<(ostream& cout,MyInterger myint) {cout<<myint.m_Num;return cout;
}void test01() {MyInterger myint;cout<<++(++myint)<<endl;cout<<myint<<endl;
}void test02() {MyInterger myint;cout<<myint++<<endl;cout<<myint;
}int main() {test02();return 0;
}

• 总结：前置递增返回引用，后置递增返回值 

4.5.4 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. 默认拷贝构造函数，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，做赋值操作时会出现深浅拷贝的问题

#include <iostream>
using namespace std;// 赋值运算符重载
class Person {
public:Person(int age) {m_Age = new int(age);}~Person() {if(m_Age!=NULL) {delete m_Age;m_Age = NULL;}}// 重载 赋值运算符Person& operator=(Person &p) {// 编译器是提供浅拷贝// m_Age = p.m_Age;// 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;}// 深拷贝m_Age = new int(*p.m_Age);// 返回对象本身 而不是返回副本return *this;}int *m_Age;
};void test01() {Person p1(18);Person p2(20);Person p3(30);p3 = p2 = p1;// 赋值操作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();return 0;
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
p1 的年龄为: 18
p2 的年龄为: 18
p3 的年龄为: 18

4.5.5 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>
using namespace std;
// 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
class Person{
public:Person(string name,int age) {m_Name = name;m_Age = age;}// 重载 == 号bool operator==(Person& p) {if(this->m_Name == p.m_Name && this->m_Age == p.m_Age) {return true;}return false;}// 重载 != 号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("Tom",18);Person p3("Jerry",18);if(p1 == p2) {cout<<"p1 和 p2 是相等的"<<endl;}if(p1 != p3) {cout<<"p1 和 p3 是不相等的"<<endl;}else{cout<<"p1 和 p3 是相等的"<<endl;}
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果： 

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
p1 和 p2 是相等的
p1 和 p3 是不相等的
PS D:\Work\c++\bin> 

4.5.6 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，因此称为仿函数
• 仿函数没有固定写法，非常灵活

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>
// 函数调用运算符重载// 打印输出类
class MyPrint {
public:// 重载函数调用运算符void operator()(string test){cout<<test<<endl;}
};void MyPrint02(string test) {cout<<test<<endl;
}void test01() {MyPrint myPrint;myPrint("hello,world"); // 由于使用起来非常类似于函数调用,因此称为仿函数MyPrint02("hello,heheda");
}// 仿函数非常灵活,没有固定的写法
class MyAdd{
public:int operator()(int num1,int num2){return num1+num2;}
};void test02() {MyAdd myadd;int ret = myadd(100,200);cout<<"ret = "<<ret<<endl;// 匿名函数对象cout<<MyAdd()(100,10)<<endl;
}int main() {test02();return 0;
} 

4.6 继承

• 继承是面向对象三大特性之一

有些类与类之间存在特殊的关系，例如下图中：

我们发现，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。

这个时候我们就可以考虑利用继承的技术，减少重复代码

 

#include <iostream>
using namespace std;// 继承方式// 公共继承
class Base1{
public:int m_A;
protected:int m_B;
private:int m_C;
};class Son1:public Base1{
public:void func() {m_A = 10;// 父类中的公共权限成员 到子类中依然是公共权限m_B = 10;// 父类中的保护权限成员 到子类中依然是保护权限// m_C = 10;// 父类中的私有权限成员 子类访问不到}
};
void test01(){Son1 s1;s1.m_A = 100;// s1.m_B = 20; // 到Son1中 m_B是保护权限 类外访问不到
}// 保护继承
class Base2{
public:int m_A;
protected:int m_B;
private:int m_C;
};
class Son2:protected Base2{
public:void func(){m_A = 100; // 父类中公共成员,到子类中变为保护权限m_B = 200; // 父类中保护成员,到子类中变为保护权限// m_C = 400;// 父类中私有成员 子类访问不到};
};void test02() {Son2 s2;// s2.m_A = 1000;// 在Son2中 m_A变为保护权限,因此类外访问不到// s2.m_B = 120; // 在Son2中 m_B为保护权限,因此类外访问不到
}// 私有继承
class Base3{
public:int m_A;
protected:int m_B;
private:int m_C;
};
class Son3:private Base3{
public:void func(){m_A = 100; // 父类中公共成员,到子类中变为私有权限m_B = 200; // 父类中保护成员,到子类中变为私有权限// m_C = 400;// 父类中私有成员 子类访问不到};
};void test03() {Son3 s3;// s2.m_A = 1000;// 在Son3中 m_A变为私有权限,因此类外访问不到// s2.m_B = 120; // 在Son3中 m_B变为私有权限,因此类外访问不到
}class GrandSon3:public Son3 {
public:void func() {// m_A = 100; // 到了Son3中 m_A变为私有,即使是儿子,也是访问不到// m_B = 20; // 到了Son3中 m_B变为私有,即使是儿子,也是访问不到}
};

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？

#include<iostream>
using namespace std;// 继承中的对象模型
class Base{
public:int m_A;
protected:  int m_B;
private:int m_C;
};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 F:
// 跳转文件路径 cd 具体路径下
// 查看命名
// c1 /d1 reportSingleClassLayout类名 文件名void test01() {// 16// 父类中所有非静态成员属性都会被子类继承下去// 父类中私有成员属性 是被编译器给隐藏了,因此是访问不到,但是确实被继承了cout<<"size of Son = "<<sizeof(Son)<<endl;
}int main() {return 0;
}

 

打开工具窗口后，定位到当前CPP文件的盘符

然后输入：c1 /d1 reportSingleClassLayout查看的类名 所属文件名

4.6.4 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

问题：父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后？

继承中的构造和析构顺序如下:先构造父类,再构造子类,析构的顺序与构造的顺序相反

#include <iostream>
using namespace std;
// 继承中的构造和析构顺序
class Base{
public:Base() {cout << "Base constructor" << endl;}~Base() {cout << "Base destructor" << endl;}
private:};class Son:public Base{
public:Son() {cout << "Son constructor" << endl;}~Son() {cout << "Son destructor" << endl;}
};void test01() {// Base b;// 继承中的构造和析构顺序如下:// 先构造父类,再构造子类,析构的顺序与构造的顺序相反Son s;
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
Base constructor
Son constructor
Son destructor
Base destructor
PS D:\Work\c++\bin> 

4.6.5 继承同名成员处理方式

问题：当子类与父类出现同名的成员，如何通过子类对象，访问到子类或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

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

#include <iostream>
using namespace std;// 继承中同名成员处理
class Base{
public:Base() {m_A = 100;}void func() {cout << "Base func()" << endl;}void func(int a) {cout << "Base func(int a)" << endl;}int m_A;
};class Son:public Base{
public:Son() {m_A = 200;}void func() {cout << "Son func()" << endl;}int m_A;
};// 同名成员属性处理
void test01() {Son s;cout << "Son下的 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下的 m_A = " << s.Base::m_A << endl;//100cout << "Son::m_A = " << s.Son::m_A << endl;//200}// 同名成员函数处理
void test02() {Son s;s.func();//Son func() 直接调用 调用的是子类中的同名成员// 如何调用到父类中同名成员函数?s.Base::func();//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的同名成员函数// s.func(100); // error// 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);//Base func(int a)
}int main() {// test01();test02();return 0;
}

4.6.6 继承同名静态成员处理方式

问题：继承中同名的静态成员在子类对象上如何进行访问？

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;// 继承中的同名静态成员处理方式
class Base {
public:static int m_A;static void func() {cout << "Base func()" << endl;}static void func(int a) {cout<<"Base func(int a)"<<endl;}
};int Base::m_A = 100;class Son:public Base{
public:static int m_A;static void func() {cout<<"Son func()"<<endl;}
};
int Son::m_A = 200;// 同名的静态成员属性
void test01() {Son s;// 1.通过对象访问cout<<"通过对象访问: "<<endl;cout<<"Son 下的 m_A = "<<s.m_A<<endl;cout<<"Base 下的 m_A = "<<s.Base::m_A<<endl;// 2.通过类名访问cout<<"通过类名访问: "<<endl;cout<<"Son 下的 m_A = "<<Son::m_A<<endl;// 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 下的 m_A = "<<Son::Base::m_A<<endl;
}// 同名的静态成员函数
void test02() {Son s;// 1.通过对象访问cout<<"通过对象访问: "<<endl;s.func();//Son func()s.Base::func();//Base func()// 2.通过类名访问 cout<<"通过类名访问: "<<endl;Son::func();//Son func()Son::Base::func();//Base 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(1);//Base func(int a)
}int main() {test02();return 0;
}

总结：同名静态成员处理方式和非静态处理方式一样，只不过有两种访问方式（通过对象 和 通过类名）

4.6.7 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1 父类1,继承方式2 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++实际开发中不建议多继承

#include <iostream>
using namespace std;// 多继承语法
class Base1 {
public:Base1() {m_A = 100;}int m_A;
};class Base2 {
public:Base2() {m_A = 200;}int m_A;
};// 子类 需要继承Base1和Base2
// 语法：class 子类:继承方式1 父类1,继承方式2 父类2...
class Son:public Base1,public Base2 {
public:Son() {m_C = 300;m_D = 400;}int m_C;int m_D;
};void test01() {Son s;cout<<"size of Son: "<<sizeof(s)<<endl;// 当父类中出现同名成员需要加作用域区分cout<<"Base1::m_A = "<<s.Base1::m_A<<endl;//100cout<<"Base2::m_A = "<<s.Base2::m_A<<endl;//200
}int main() {test01();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

4.6.8 菱形继承

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

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，当草泥马使用数据时，就会产生二义性
2. 草泥马继承自动物的数据继承了两份，其实我们应清楚，这份数据只需要一份即可

#include <iostream>
using namespace std;// 动物类
class Animal{
public:int m_Age;
};// 羊类
class Sheep:public Animal{};// 驼类
class Tuo:public Animal{};// 羊驼类
class SheepTuo:public Sheep,public Tuo{};void test01() {SheepTuo st;st.Sheep::m_Age = 18;st.Tuo::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<<"st.Sheep::m_Age = "<<st.Sheep::m_Age<<endl;//18cout<<"st.Tuo::m_Age = "<<st.Tuo::m_Age<<endl;//28// 这份数据我们知道,只要有一份就可以,菱形继承导致数据有两份,资源浪费}int main() {test01();return 0;
}

• 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

#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 Tuo:virtual public Animal{};// 羊驼类
class SheepTuo:public Sheep,public Tuo{};void test01() {SheepTuo st;st.Sheep::m_Age = 18;st.Tuo::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<<"st.Sheep::m_Age = "<<st.Sheep::m_Age<<endl;//28cout<<"st.Tuo::m_Age = "<<st.Tuo::m_Age<<endl;//28cout<<"st.m_Age = "<<st.m_Age<<endl;//28// 这份数据我们知道,只要有一份就可以,菱形继承导致数据有两份,资源浪费}int main() {test01();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

4.7 多态

4.7.1 多态的基本概念

多态是C++面向对象三大特性之一

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

#include <iostream>
using namespace std;// 多态// 动物类
class Animal {
public:// 虚函数virtual void speak() {cout<<"动物在说话"<<endl;}
};// 猫类
class Cat:public Animal{
public:// 重写 函数返回值类型 函数名 参数列表 完全相同void speak() {cout<<"小猫在说话"<<endl;}
};// 狗类
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.子类要重写父类的虚函数// 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();    return 0;
}

总结：

多态满足条件：

• 有继承关系
• 子类重写父类的虚函数

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

多态的原理剖析：

 

当子类重写父类的虚函数，子类中的虚函数表内部会替换成子类的虚函数地址。当父类的指针或者引用指向子类对象时候，发生多态。

Animal& animal = cat;
animal.speak()

 

4.7.2 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：

1. 代码组织结构清晰
2. 可读性强
3. 利于前期和后期的扩展以及维护

#include <iostream>
using namespace std;// 分别利用普通写法和多态技术实现计算器
// 普通写法
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,需要修改源码// 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;// 操作数1int m_Num2;// 操作数2
};void test01() {// 创建计算器对象Calculator cal;cal.m_Num1 = 10;// 操作数1为10cal.m_Num2 = 10;// 操作数2为10cout<<cal.getResult("+")<<endl;// 输出20cout<<cal.getResult("-")<<endl;// 输出0cout<<cal.getResult("*")<<endl;// 输出100
}// 利用多态实现计算器
// 多态好处:
// 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;// 操作数1int m_Num2;// 操作数2
};// 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 = 10;// 操作数1为10abc->m_Num2 = 100;// 操作数2为100cout<<abc->m_Num1 <<"+"<<abc->m_Num2<<"="<<abc->getResult()<<endl;// 输出20 // 用完后记得销毁delete abc;abc = nullptr;// 减法运算abc = new SubCalculator;abc->m_Num1 = 10;// 操作数1为10abc->m_Num2 = 100;// 操作数2为100cout<<abc->m_Num1 <<"-"<<abc->m_Num2<<"="<<abc->getResult()<<endl;  delete abc;abc = nullptr;// 乘法运算abc = new MulCalculator;abc->m_Num1 = 10;// 操作数1为10abc->m_Num2 = 100;// 操作数2为100cout<<abc->m_Num1 <<"*"<<abc->m_Num2<<"="<<abc->getResult()<<endl;delete abc;abc = nullptr;
}int main() {test02();return 0;
}

4.7.3 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

#include <iostream>
using namespace std;// 纯虚函数和抽象类
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// 2.抽象类的子类 必须要重写父类中的纯虚函数,否则也属于抽象类virtual void func() = 0; // 纯虚函数
};class Son:public Base{
public:void func() { cout << "Son::func()" << endl; }// 重写父类的纯虚函数
};void test01() {// Base b;// 抽象类无法实例化对象// new Base;//抽象类是无法实例化对象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();// Son::func()delete base;base = NULL;
}int main() {test01();return 0;
}

4.7.4 多态案例二-制作饮品

案例描述：制作饮品大致流程：煮水-冲泡-倒入杯中-加入辅料

• 利用多态技术是实现本案例，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;// 多态案例2: 制作饮品
class AbstractDrinking{
public:// 制作饮品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();}
};// 制作咖啡
class Coffee:public AbstractDrinking{
public:// 煮水void boil() {cout<<"煮农夫山泉"<<endl;}// 冲泡void brew() {cout<<"冲泡咖啡"<<endl;}// 倒入杯中void pourInCup() {cout<<"倒入咖啡杯中"<<endl;}// 加入辅料virtual void putSomething() {cout<<"加入牛奶和糖"<<endl;}
};// 制作红茶
class RedTee:public AbstractDrinking{
public:// 煮水void boil() {cout<<"煮怡宝"<<endl;}// 冲泡void brew() {cout<<"冲泡茶叶"<<endl;}// 倒入杯中void pourInCup() {cout<<"倒入茶杯中"<<endl;}// 加入辅料virtual void putSomething() {cout<<"加入冰糖和柠檬"<<endl;}
};// 制作函数
// AbstractDrinking* drinkings = new Coffee
void doWork(AbstractDrinking *drinking) { drinking->makeDrink();delete drinking;// 释放drinking = nullptr;
}void test01() {// 制作咖啡doWork(new Coffee);cout<<"================"<<endl;// 制作红茶doWork(new RedTee);
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
煮农夫山泉
冲泡咖啡
倒入咖啡杯中
加入牛奶和糖
================
煮怡宝
冲泡茶叶
倒入茶杯中
加入冰糖和柠檬
PS D:\Work\c++\bin>

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(){}

#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>// 虚析构和纯虚析构
class Animal{
public:// 纯虚函数Animal() { cout<<"Animal 构造函数调用" <<endl; }virtual void speak() = 0;// 利用虚析构可以解决 父类指针释放子类对象的时不干净的问题// 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;
}class Cat:public Animal{
public:Cat(string name) {cout<<"Cat 构造函数调用" << endl;m_Name = new string(name); // 动态分配内存}void speak(){cout << *m_Name <<"小猫在说话" << endl;}~Cat(){cout << "Cat 析构函数调用" << endl;if(m_Name != NULL) {delete m_Name;m_Name = NULL;cout<<"释放m_Name内存"<<endl;}   }string* m_Name;
};void test01() {Animal* animal = new Cat("Tom"); animal->speak();// 父类指针在析构时候,不会调用子类中析构函数,导致子类如果有堆区属性,出现内存泄漏delete animal; // 父类指针指向子类对象，调用子类的析构函数animal = NULL; // 防止野指针
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
Animal 构造函数调用
Cat 构造函数调用
Tom小猫在说话
Cat 析构函数调用
释放m_Name内存
Animal 纯虚析构函数调用
PS D:\Work\c++\bin>

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

4.7.6 多态案例三-电脑组装

案例描述：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>
#include <string>
using namespace std;// 目的:抽象不同的零件类// 抽象的CPU类
class CPU {
public:// 抽象的计算函数virtual void calculate() = 0;
};// 抽象的显卡类
class VideoCard {
public:// 抽象的显示函数virtual void display() = 0;
};// 抽象的内存条类
class Memory {
public:// 抽象的存储函数virtual void storage() = 0;
};// 具体零件厂商 Intel厂商
class IntelCPU : public CPU {
public:void calculate() {cout << "IntelCPU 计算中..." << endl;}
};class IntelVideoCard : public VideoCard {
public:void display() {cout << "IntelVideoCard 显示中..." << endl;}
};class IntelMemory : public Memory {
public:void storage() {cout << "IntelMemory 存储中..." << endl;}
};// 具体零件厂商 Lenovo厂商
class LenovoCPU : public CPU {
public:void calculate() {cout<<"LenovoCPU 计算中..." << endl;}
};class LenovoVideoCard : public VideoCard {
public:void display() {cout << "LenovoVideoCard 显示中..." << endl;}
};class LenovoMemory : public Memory {
public:void storage() {cout << "LenovoMemory 存储中..."<<endl;}
};// 抽象的电脑类
class Computer {
public:// 电脑需要CPU、显卡、内存条// 构造函数中，传入三个零件指针Computer(CPU* cpu, VideoCard* videoCard, Memory* memory){m_cpu = cpu;m_videoCard = videoCard;m_memory = memory;}// 提供工作的函数,调用每个零件工作的接口void doWork() {m_cpu->calculate();m_videoCard->display();m_memory->storage();}// 提供析构函数 释放三个电脑零件~Computer() {cout << "Computer 析构" << endl;if(m_cpu != NULL) { // 释放CPU零件delete m_cpu;m_cpu = NULL;cout<<"释放m_cpu"<<endl;}if(m_videoCard != NULL) { // 释放显卡零件delete m_videoCard;m_videoCard = NULL;cout<<"释放m_videoCard"<<endl;}if(m_memory != NULL) { // 释放内存条零件delete m_memory;m_memory = NULL;cout<<"释放m_memory"<<endl;}}
private:CPU* m_cpu;              // CPU的零件指针VideoCard* m_videoCard;  // 显卡零件指针Memory* m_memory;        // 内存条零件指针
};void test01() {// 第一台电脑组装和工作~cout<<"第一台电脑组装和工作~~"<<endl;CPU* cpu = new LenovoCPU;VideoCard* videoCard = new LenovoVideoCard;Memory* memory = new LenovoMemory;// 创建一个Lenovo电脑Computer* computer1 = new Computer(cpu, videoCard, memory);computer1->doWork();delete computer1;computer1 = NULL;cout<<"===================================="<<endl;// 第二台电脑组装和工作~cout<<"第二台电脑组装和工作~"<<endl;cpu = new IntelCPU;videoCard = new IntelVideoCard;memory = new IntelMemory;// 创建一个Intel电脑Computer* computer2 = new Computer(cpu, videoCard, memory); computer2->doWork();delete computer2;computer2 = NULL;cout<<"===================================="<<endl;// 第三台电脑组装和工作~cout<<"第三台电脑组装和工作~"<<endl;cpu = new IntelCPU;videoCard = new LenovoVideoCard;memory = new IntelMemory;// 创建一个Intel电脑Computer* computer3 = new Computer(cpu, videoCard, memory); computer3->doWork();delete computer3;computer3 = NULL;
}int main() {test01();return 0;
}

执行结果：

PS D:\Work\c++\bin> ."D:/Work/c++/bin/app.exe"
第一台电脑组装和工作~~
LenovoCPU 计算中...
LenovoVideoCard 显示中...
LenovoMemory 存储中...
Computer 析构
释放m_cpu
释放m_videoCard
释放m_memory
====================================
第二台电脑组装和工作~
IntelCPU 计算中...
IntelVideoCard 显示中...
IntelMemory 存储中...
Computer 析构
释放m_cpu
释放m_videoCard
释放m_memory
====================================
第三台电脑组装和工作~
IntelCPU 计算中...
LenovoVideoCard 显示中...
IntelMemory 存储中...
Computer 析构
释放m_cpu
释放m_videoCard
释放m_memory
PS D:\Work\c++\bin>