C++基础（2）

C++核心编程（面向对象编程）

一、内存分区模型

　　C++程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域：

• 代码区：存放函数体的二进制代码，由操做系统进行管理的。
• 全局区：存放全局变量和静态变量以及常量。
• 栈区：由编译器自动分配和释放，存放函数的参数值，局部变量等。
• 堆区：由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由系统回收.

1.1 程序运行前

　　在程序编译后，生成了exe可执行程序，未执行该程序前分为两个区域

　　代码区：

　　　　存放CPU执行的机器指令。

　　　　代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只须要在内存中有一份代码便可。

　　　　代码区是只读的，使其只读的缘由是防止程序意外地修改了它的指令。

　　全局区：

　　　　全局变量和静态变量（static关键字）存放在此。

　　　　全局区还包含了常量区，字符串常量和其余常量（const修饰的全局变量：全局常量）也存放在此。

　　　　该区域的数据在程序结束后由操做系统释放。

　　注：局部变量、const修改的局部变量（局部常量）不在全局区中，

　　全局变量：函数体外的变量。

　　局部变量：函数体内的变量。

　　静态变量：在普通变量前面加static，属于静态变量。

　　常量：字符串常量（(int)&"hello world"）、const修饰的变量

　　总结：

• C++中在程序运行前分为全局区和代码区。
• 代码区特色是共享和只读
• 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
• 常量区中存放const修饰的全局常量和字符串常量

1.2  程序运行后

　　栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等。

　　栈区数据注意事项---不要返回局部变量的地址

　　栈区的数据由编译器管理开辟和释放

　　函数体内的局部变量，形参数据存放在栈区，栈区的数据在函数执行完后自动释放

　　堆区：由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时由操做系统回收。在C++中主要利用new在堆区开辟内存。

　　例：int *p = new int(10);

1.3 new操做符

　　C++中利用new操做符在堆区开辟数据。

　　堆区开辟的数据，由程序员手动开辟，手动释放，释放利用操做符delete。

　　语法： new 数据类型

　　利用new建立的数据，会返回该数据对应的类型的指针。

　　例：int * p = new int(10); int * arr = new int[10];

　　释放堆区数组(要加中括号[])：delete[] arr;

2. 引用

2.1 引用的基本使用

　　做用：给变量起别名。

　　语法：数据类型 &别名 = 原名

　　例：int a = 10; int &b=a;

2.2 引用注意事项

• 引用必须初始化
• 引用在初始化后，不能够改变

2.3 引用作函数参数

　　做用：函数传参时，能够利用引用的技术让形参修饰实参。

　　优势：能够简化指针修改实参。

　　值传递：形参不会修饰实参。

　　地址传递：形参会修饰实参。

　　引用传递：形参会修饰实参的。

　　总结：经过引用参数产生的效果同按地址传递是同样的。引用的语法更清楚简单。

2.4 引用作函数返回值

　　做用：引用是能够做为函数的返回值存在的。

　　注意：不要返回局部变量引用

　　用法：函数调用做为左值。（test02()）

2.5 引用的本质

　　本质：引用的本质在c++内部实现是一个指针常量（指针的指向不能够改，指针的值能够改）。

　　结论：C++推荐使用引用技术，由于语法方便，引用本质是指针常量，可是全部的指针操做编译器都帮咱们作了。

2.6 常量引用

　　做用：常量引用主要用来修饰形参，防止误操做。

　　在函数形参列表中，能够加const修饰形参，防止形参改变实参。

　　// 加上const以后，编译器将代码修改成 int temp = 10; const int & ref = temp;

　　const int & ref = 10; // 引用必须引一块合法的内存空间。

 3. 函数提升

3.1 函数默认参数

　　在C++中，函数的形参列表中的形参是能够有默认值的。

　　语法：返回值类型 函数名 （参数=默认值）{ }

　　注：（1）若是某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置日后，从左到右都必须有默认值。

　　　　（2）若是函数声明有默认参数，函数实现就不能有默认参数。（声明和实现只能有一个默认参数）

3.2 函数占位参数

　　C++中函数的形参列表里能够有占位参数，用来作占位，调用函数时必须填补该位置。

　　语法：返回值类型 函数名 （数据类型）{ }

　　占位参数还能够有默认参数。

3.3 函数重载

3.3.1 函数重载概述

　　做用：函数名能够相同，提升复用性。

　　函数重载知足条件：（1）同一个做用域下（全局做用域，main函数之外）；

　　　　　　　　　　　（2）函数名称相同；

　　　　　　　　　　　（3）函数参数类型不一样或者个数不一样或者顺序不一样。

　　注：函数的返回值不能够做为函数重载的条件。

3.3.2 函数重载注意事项

　　引用做为重载条件

　　函数重载碰到函数默认参数，出现二义性，报错，避免这种状况。

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：

　　人能够做为对象，属性有姓名、年龄、身高、体重...，行为有走、跑、跳、吃饭、唱歌...

　　车也能够做为对象，属性有轮胎、方向盘、车灯...，行为有载人、放音乐、放空调...

　　具备相同性质的对象，咱们能够抽象为类，人属于人类，车属于车类

4.1 封装

　　封装是C++面向对象三大特性之一。

　　封装的意义：（1）将属性和行为做为一个总体，表现生活中的事物。

　　　　　　　　（2）将属性和行为加以权限控制。

　　封装意义一：

　　　　在设计类的时候，属性和行为写在一块儿，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，属性（成员属性、成员变量），行为（成员函数、成员方法）

　　封装意义二：

　　　　类在设计时，能够把属性和行为放在不一样的权限下，加以控制

　　　　访问权限有三种：

　　　　　　1. public 公共权限：     成员 类内能够访问，类外能够访问；

　　　　　　2. protected 保护权限：成员 类内能够访问，类外不能够访问 子类也能够访问父类中的保护内容；

　　　　　　3. private 私有权限        成员 类内能够访问，类外不能够访问 子类不能够访问父类中的私有内容。

4.1.2 struct和class区别

　　在C++中struct和class惟一的区别就在于 默认的访问权限不一样。 

　　区别：struct默认权限为公共， class默认权限为私有。

4.1.3 成员属性设置为私有

　　优势1：将全部成员属性设置为私有，能够本身控制读写权限。

　　优势2：对于写权限，咱们能够检测数据的有效性。

 4.2 对象的初始化和清理

　　生活中咱们买的电子产品都基本会有出厂设置，在某一天咱们不一样时候也会删除一些本身信息数据保证安全。

　　C++中的面向对象来源于生活，每一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很是重要的安全问题。

　　一个对象或者变量没有初始状态，对其使用后果是未知。

　　一样的使用完一个对象或变量，没有及时清理，也会形成必定的安全问题。

　　C++利用了构造函数和析构函数例解决上述问题，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做。

　　对象的初始化和清理工做是编译器强制要咱们作的事情，所以若是咱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：主要做用在于建立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，无需手动调用。（进行初始化操做）
• 析构函数：主要做用在于对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工做。（进行清理的操做）　　

　　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. 构造函数能够有参数，所以能够发生重载

　　4. 程序在调用对象时候会自动调用构造，无需手动调用，并且只会调用一次。

 

　　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. 析构函数不能够有参数，所以不能够发生重载

　　4. 程序在对象销毁前会自动调用析构，无需手动调用，并且只会调用一次

4.2.2 构造函数的分类和调用

　　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

　　　　注：调用默认构造函数时候，不要加（），如Person p1()，编译器会认为是一个函数的声明，不会认为在建立对象。

　　　　　　Person(10) 匿名对象，特色：当前行执行结束后，系统会当即回收掉匿名对象。

　　　　　　不要利用拷贝构造函数来初始化匿名对象。

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一般有三种状况

• 使用一个已经建立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。

4.2.4 构造函数调用规则

　　默认状况下，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

 

　　构造函数调用规则以下：

• 若是用户定义有参构造函数，c++再也不提供默认无参构造，可是会提供默认拷贝构造
• 若是用户定义拷贝构造函数，c++不会再提供其余构造函数

4.2.5 深拷贝和浅拷贝

　　浅拷贝：简单的赋值拷贝操做

　　深拷贝：在堆区从新申请空间，进行拷贝操做

　　注：浅拷贝带来的问题就是堆区的内存重复释放。浅拷贝的问题要利用深拷贝进行解决。（若是属性有在堆区开辟的，要本身提供拷贝构造函数）

4.2.6 初始化列表

　　做用：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）...{ }

　　例：Person(int a, int b, int c): m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}

4.2.7 类对象做为类成员

　　C++类中的成员能够是另外一个类的对象，咱们称该成员为对象成员。

　　例：

class A {}
class B
{
    A a;    
}

　　B中有对象A做为成员，A为对象成员。

　　那么当建立B对象时，A与B的构造和析构的顺序是谁先谁后？

　　（当其余类对象做为本类成员，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）

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--- 全部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--- 全部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

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

　　空对象占用内存空间为1个字节，C++编译器会给每一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。 

　　每一个空对象也应该有一个独一无二的内存地址。

　　非静态成员变量属于类的对象上，静态成员变量不属于类对象上，非静态成员函数不属于类对象上，静态成员函数不属于类的对象上。

4.3.2 this指针概念

　　经过4.3.1咱们知道在C++中成员变量和成员函数是分开存储的

　　每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功用一块代码

　　那么问题是：这一块代码是如何区分那个对象调用本身的呢？

　　c++经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指针是隐含每个非静态成员函数内的一种指针。

　　this指针不须要定义，直接使用便可。

　　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自己，可以使用return *this

4.3.3 空指针访问成员函数

　　C++中空指针也是能够调用成员函数的，可是也要注意有没有用到this指针。

　　若是用到this指针，须要加以判断保证代码的健壮性。

4.3.4 const修饰成员函数

　　常函数：

• 成员函数后加const后咱们称这个函数为常函数。
• 常函数内不能够修改为员属性。
• 成员属性声明时加关键字mutable后，在常函数中依然能够修改。

　　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。

　　this指针的本质是指针常量，指针的指向是不能够修改的。

　　在成员函数后面加const，修饰的是this指针，让指针指向的值也不能够修改。

　　特殊变量，即便在常函数中，也能够修改这个值，加关键字mutable

4.4 友元

　　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，就须要用到友元的技术。

　　友元的目的就是让一个函数或者类访问另外一个类中私有成员。

　　友元的关键字为friend.

　　友元的三种实现：全局函数作友元、类作友元、成员函数作友元

4.5 运算符重载

　　运算符重载概念：对已有的运算符从新进行定义，赋予其另外一种功能，以适应不一样的数据类型。

4.5.1 加号运算符重载

　　做用：实现两个自定义数据类型相加的运算。

　　（1）成员函数重载+号

　　（2）全局函数重载+号

　　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。

4.5.2 左移运算符重载

　　做用：能够输出自定义数据类型。

　　总结：重载左移运算符配合友元能够实现输出自定义数据类型。

4.5.3 递增运算符重载

　　做用：经过重载递增运算符，实现本身的整型数据。

　　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

　　若是类中有属性指向堆区，作赋值操做时也会出现深浅拷贝问题。

4.5.5 关系运算符重载

　　做用：重载关系运算符，可让两个自定义类型对象进行对比操做。

4.5.6 函数调用运算符重载

　　函数调用运算符()也能够重载

　　因为重载后使用的方式很是像函数的调用，所以成为仿函数

　　仿函数没有固定写法，很是灵活。

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，下级别的成员除了拥有上一级的共性，还有本身的特性。

　　继承的好处：减小重复代码。

　　语法： class 子类：继承方式 父类 例： class A: public B;

　　子类也成为派生类，父类也成为基类。

　　派生类中的成员，包含两大部分：

　　一类是从基类继承过来的，一类是本身增长的成员。

　　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。

4.6.2 继承方式

　　继承方式一共有三种：公共继承、保护继承、私有继承

　　父类中的公共权限成员到子类中依然是公共权限；

　　父类中的保护权限成员到子类中依然是保护权限；

　　父类中的私有权限成员子类访问不到。

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？

　　父类中全部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，所以是访问不到，可是确实被继承下去了。

　　利用开发人员命令提示工具查看对象模型：

• 跳转盘符 cd 具体路径下
• 查看命名
• cl /d1 reportSingleClassLayout类名 文件名

　　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最后访问不到。

4.6.4 继承中构造和析构顺序

　　子类继承父类后，当建立子类对象，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？

　　先构造父类，再构造子类。析构的顺序与构造的顺序相反。

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，如何经过子类对象，访问到子类或父类中同名的数据呢？

• 访问子类同名成员 直接访问便可
• 访问父类同名成员 须要加做用域

　　若是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全部同名成员函数。若是想访问到父类中被隐藏的同名成员函数，须要加做用域。

　　总结：

　　1. 子类对象能够直接访问到子类中同名成员

　　2. 子类对象加做用域能够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，加做用域能够访问到父类中同名函数。

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 直接访问便可
• 访问父类同名成员 须要加做用域

　　例： Son::Base::m_A 第一个::表明经过类名方式访问 第二个::表明访问父类做用域下

　　子类出现和父类同名静态成员函数，也会隐藏父类中全部同名成员函数

　　若是想访问父类中被隐藏同名成员，须要加做用域。

　　总结：同名静态成员处理方式和非静态处理方式同样，只不过有两种访问的方式（经过对象和经过类名）

4.6.7 多继承语法

　　C++容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

　　多继承可能会引起父类中有同名成员出现，须要加做用域区分

　　C++实际开发中不建议用多继承

4.6.8 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

　　利用虚继承能够解决菱形继承的问题，继承以前加上关键字 virtual变为虚继承

　　vbptr(虚基类指针)

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的区别：

• 静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段肯定函数地址
• 动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段肯定函数地址

　　动态多态知足条件：

　　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。

　　vfptr (v - virtual; f - function; ptr - pointer)虚函数指针

　　vftable (虚函数表)

　　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。

4.7.2 多态案例

　　多态的优势：

　　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

　　总结：C++开发提倡利用多态设计程序架构，由于多态优势不少。

4.7.3 纯虚函数和抽象类

　　在多态中，一般父类中虚函数的实现是毫无心义的，主要都是调用子类重写的内容。所以能够将虚函数改成纯虚函数。

　　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，这个类也成为抽象类。

　　抽象类特色：

• 没法实例化对象
• 子类必须重写抽象类中的纯虚函数，不然也属于抽象类。

4.7.4 虚析构和纯虚析构

　　多态使用时，若是子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时没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成虚析构或者纯虚析构。

　　虚析构和纯虚析构共性：

• 能够解决父类指针地方子类对象
• 都须要有具体的函数实现

　　虚析构和纯虚析构区别：

• 若是是纯虚析构，该类属于抽象类，没法实例化对象。

　　虚析构语法： virtual ~类名（）{ }

　　纯虚析构语法：virtual ~类名（）=0；

　　　　　　　　　类名::~类名（）{}

　　总结：

　　1. 虚析构或纯虚析构就是用来解决父类指针释放子类对象；

　　2. 若是子类中没有堆区数据，能够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。

5. 文件操做

　　程序运行时产生的数据都属于临时数据，程序一旦运行结束都会被释放。

　　经过文件能够将数据持久化

　　C++中对文件操做须要包含头文件<fstream>

　　文件类型分为两种：

　　1. 文本文件 - 文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中。

　　2. 二进制文件 - 文件以文本的二进制形式存储在计算机中，用户通常不能直接读懂它们。

　　操做文件的三大类：

　　1. ofstream：写操做

　　2. ifstream：读操做

　　3. fstream：读写操做

5.1 文本文件

5.1.1 写文件

　　写文件步骤以下：

　　1. 包含头文件 #include<fstream>

　　2. 建立流对象 ofstream ofs;

　　3. 打开文件 ofs.open("文件路径",打开方式）；

　　4. 写数据 ofs<<“写入的数据”；

　　5. 关闭文件 ofs.close()；

　　文件打开方式：

打开方式	解释
ios::in	为读文件而打开文件
ios::out	为写文件而打开文件
ios::ate	初始位置：文件尾
ios::app	追加方式写文件
ios::trunc	若是文件存在先删除，再建立
ios::binary	二进制方式

　　注：文件打开方式能够配合使用，利用|操做符。例：用二进制方式写文件 ios::binary | ios::out

　　总结：

• 文件操做必须包含头文件fstream
• 读文件能够利用ofstream,或者fstream类
• 打开文件时候须要指定操做文件的路径以及打开方式
• 利用<<能够向文件中写数据
• 操做完毕，要关闭文件。

5.1.2 读文件

　　读文件与写文件步骤类似，可是读取方式相对比较多。

　　读文件步骤以下：

　　1. 包含头文件 #include<fstream>

　　2. 建立流对象 ifstream ifs;

　　3. 打开文件并判断文件是否打开成功 ifs.open("文件路径",打开方式）；

　　　　if(!ifs.is_open())

　　4. 读数据 四种方式读取；

// 第一种
char buf[1024] = {0};
while (ifs >> buf)
{
    cout << buf << endl;
}

//第二种
char buf[1024] = {0};
while (ifs.getline(buf, sizeof(buf)))
{
    cout << buf << endl;   
}

//第三种
string buf;
while (getline(ifs, buf))
{
    cout << buf << endl;   
}

//第四种
char c;
while ( (c = ifs.get()) != EOF ) // EOF end of file
{
    cout << c;   
}

　　5. 关闭文件 ifs.close()；

　　总结：

• 读文件能够利用ifstream，或者fstream类
• 利用is_open函数能够判断文件是否打开成功
• close关闭文件

5.2 二进制文件

　　以二进制的方式对文件进行读写操做

　　打开方式要指定为ios::binary

5.2.1 写文件

　　二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write

　　函数原型： ostream& write(const char * buffer, int len);

　　参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数。

5.2.2 读文件

　　二进制方式读文件主要利用刘对象调用成员函数read

　　函数原型： istream& read(char *buffer, int len);

　　参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数。