c++学习笔记(四)
类 & 对象
c++面向对象的三大特征为:封装、继承、多态
封装
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(数据成员和方法)
- 将属性和行为加以权限控制(访问修饰符)
类中的属性和行为我们一般称为成员,属性为成员属性,行为是成员方法
这里以盒子为例,定义一个类,并声明两个对象
class Box
{
//访问权限
//公共权限
public:
//数据成员
double lenth; //长
double breadth; //宽
double height; //高
//方法
//求盒子体积
double cal_Volume()
{
return lenth * breadth * height;
}
};
int main()
{
Box box1; // 声明 box1,类型为 Box
Box box2; // 声明 box2,类型为 Box
//对象box1和box2都有他们各自的成员
}
访问权限
类在设计时,可以把属性和行为放在不同的权限下来加以控制
访问权限有三种:
-
public 公共权限
其成员类内可以访问,类外可以访问
-
protected 保护权限
其成员类内可以访问,类外不可以访问,但在子类(派生类)中可以访问
-
private(默认) 私有权限
其成员类内可以访问,类外不可以访问,不可查看
class Person
{
public:
String name;
protected:
int age;
int id_card;//默认为private
public:
func()
{
name = "alen";
age = 26;
id_card = 114514;
}
};
int main()
{
Person p;
p.name = "walker";
p.age = 23;//报错,类外不能访问
p.id_card = 1919810;//报错,类外不能访问
}
struct和class区别
两者的唯一区别在于默认的访问权限:
-
struct默认权限为公共
-
class默认权限为私有
-
class C1 { int a; //默认是私有权限 private }; struct C2 { int a; //默认是公共权限 public };
成员属性设置为私有
优点:
- 将所有成员属性设置为私有,可以自己控制读写权限
- 对于写权限,我们可以检测数据的有效性
class Person
{
public:
//设置名字
void setName(string name)
{
m_Name = name;
}
//设置偶像
void setIdol(string idol)
{
m_Idol = idol;
}
//设置年龄
void setAge(int age)
{
if (age < 0 || age > 150)
{
cout<<"年龄"<<age<<"输入有误"<<endl;
return;
}
m_Age = age;
}
string getName()
{
return m_Name;
}
int getAge()
{
return m_Age;
}
private:
string m_Name;//姓名 可读可写
int m_Age = 18;//年龄 只读 (当可写的时候,年龄限制在0-150之间)
string m_Idol;//偶像 只写
};
类的构造函数&析构函数
c++中的构造函数和析构函数的作用是对对象的初始化和清理
对象的初始化和清理工作是强制的,如果我们没有提供构造和析构函数的话,编译器将自动提供空实现的构造和析构函数
- 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,无需手动调用
- 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
构建函数语法(内联):类名( ) { }
- 没有返回值,也不用写void
- 函数名称与类名相同
- 构造函数可以有参数,因此可以发生重载
- 程序在调用对象的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(内联):~类名( ) { }
- 没有返回值,也不用写void
- 函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~
- 析构函数不可以有参数,因此不可以发生重载
- 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
class Person
{
public:
//构造函数 进行初始化操作
Person()
{
cout<<"Person构造函数的调用"<<endl;
}
~Person()
{
cout<<"Person析构函数的调用"<<endl;
}
};
void test01()
{
Person p; //在栈上的数据,p创建时执行构造函数,test01执行完毕后释放这个对象,对象的析构函数被调用
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
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(默认)
- 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
class Person
{
public:
//普通构造
Person()
{
cout<<"Person无参函数的调用"<<endl;
}
Person(int a)
{
age = a;
cout<<"Person有参函数的调用"<<endl;
}
//拷贝构造
Person(const Person &p)
{
//将传入对象的所有属性,拷贝到当前对象上
age = p.age;
}
~Person()
{
cout<<"Person析构函数的调用"<<endl;
}
private:
int age;
};
void test01()
{
//括号法
Person p1;//默认构造函数调用
Person p2(10);//有参构造函数
Person p3(p2);//拷贝构造函数
/*
注意事项:
调用默认构造函数的时候,不要加()
因为这句代码“ Person p1(); ”编译器会认为是一个函数声明,不会认为是在创建对象
*/
//显示法
Person p4;
Person p5 = Person(10); //有参
Person p6 = Person(p5); //拷贝
Person(10); //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
/*
注意事项2:
不要用拷贝构造函数初始化匿名对象
Person(p3) 会被视为对象p3的重定义
*/
//隐式转换法
Person p7 = 10; //有参 相当于 Person p7 = Person(10)
Person p8 = p7; //拷贝
}
int main()
{
test01();
return 0;
}
拷贝构造函数的调用时机
c++中拷贝构造函数调用实机通常有三种情况
- 使用一个已经创建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(值传递本质是拷贝一个临时的副本来传递,因此会调用拷贝构造函数)
- 以值方式返回局部对象(同上)
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
- 默认构造函数(无参,函数体为空)
- 默认析构函数(无参,函数体为空)
- 默认拷贝函数,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
深拷贝与浅拷贝
浅拷贝(默认):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
浅拷贝可能带来的问题是堆区的内存重复释放
class Person
{
Person(const Person &p)
{
m_Age = p.m_Age;
m_Height = p.m_Height; //编译器默认的浅拷贝(单纯的值拷贝)
}
Person(const Person &p)
{
m_Age = p.m_Age;
m_Height = new int(*p.m_Height); //深拷贝操作,另外开辟一片堆内存进行拷贝
}
};
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(值1), 属性(值2)...{ }
class Person
{
//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)
{
}
private:
int m_A;
int m_B;
int m_C;
}
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
class A
{
};
class B
{
A a;
}
B类中有对象A作为成员,A
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
-
静态成员函数
- 所有对象共享一个函数
- 静态成员函数只能访问静态成员变量
class Person
{
public:
//静态成员变量
//编译阶段就分配内存
static int m_A;
private:
static int m_B;//静态成员变量也有访问权限
};
//类内声明,类外初始化操作
int Person:: m_A = 100;
void test01()
{
Person p;
cout<< p.m_A <<endl;//100
Person p2;
p2.m_A = 200;
cout<< p.m_A <<endl;//200
//所有对象都共享同一份数据
}
void test02()
{
//静态成员变量不专属于某个对象,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 <<endl;
//2.通过类名进行访问
cout<< Person::m_A<<endl;
}
class Person
{
public:
static void func()
{
cout <<"静态成员函数调用"<< endl;
}
};
void test01()
{
//两种访问方式
//通过对象访问
Person p;
p.func();
//通过类名访问
Person::func();
}
C++对象模型和this指针
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
class Person
{
};
class Human
{
public:
int m_A;//非静态成员变量 属于类的对象上的数据
static int m_B;//静态成员变量 不属于类对象上
void func(){}//非静态成员函数 不属于类对象上
static void func2(){}//静态成员函数 不属于类对象上
};
void test01()
{
Person p;
//空对象占用内存空间为:1 (byte)
//C++编译器会给每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;
}
void test02()
{
Human p1;
//占4 (byte) -> 非静态成员变量(int)所占的内存
//因为静态成员变量、非静态成员函数、静态成员函数不在类的对象上所以分开存储
cout << "size of p = " << sizeof(p1) << endl;
}
this指针概念
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产生一份函数实例,也就是说多个同类型的对象会公用同一份代码
那么问题是: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指针来解决上述问题。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指针的本质是指针常量,指针的指向是不可修改的
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
class Person
{
public:
Person(int age)
{
age = age;//形参和成员属性名字相同,编译器误以为他俩是同一个东西
//this指针指向的是被调用的成员函数(这里调用的是构造函数)所属的对象(这里的对象是p1)
this->age = age;//使用this指针可解决名称冲突
}
//要返回本体的话须加引用
Person& PersonAddAge(Person &p)
{
this->age += p.age;
//this指向p2的指针,而*this指向的就是p2的本身
return *this;
}
int age;//应该使用别的规范名称,如m_Age
};
//1.解决名称冲突
void test01()
{
Person p1(18);
cout << "p1的年龄是" << p1.age << endl;//并非18
}
//2.返回对象本身用*this
void test02()
{
Person p1(10);
Person p2(10);
//返回值为对象本身,即p2 = p2.PersonAddAge(p1)
//链式编程思想
p2.PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1);
cout << "p2的年龄是" << p2.age << endl;//
}
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
//空指针调用成员函数
class Person
{
public:
void showClassName()
{
cout << "this is Person class" << endl;
}
void showPersonAge()
{
//报错的原因是传入的指针为NULL
/*解决措施:
if (this == NULL)
{
return;
}
*/
cout << "age = " << this->m_Age << endl;
}
int m_Age;
};
void test01
{
Person * p = null;
p->showClassName();//不报错
p->showPersonAge();//报错,因为调用了成员属性,但指针为空指针
}
const修饰成员函数
常函数:
- 成员函数后加const后我们称这个函数为常函数
- 常函数内不可以修改成员属性
- 成员属性声明时加关键字mutable后,在常函数中依然可以修改
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
//常函数
class Person
{
public:
//在成员函数后面加const,修饰的是this指向,让this指针指向的值也无法修改
void showPerson() const
{
//this->m_A = 100; 不可修改
this->m_B = 100;
}
int m_A;
mutable int m_B;//特殊变量,即使在常函数中,也可以修改这个变量
}
void test02()
{
const Person p; //在对象前加const,变为常对象
//p.m_A = 100; 报错
p.m_B = 100; //m_B是特殊值,在常对象中可修改
//常对象只能调用常函数
p.showPerson();
//p.func(); //报错 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
}
友元
生活中,家里(class)有客厅(public)也有卧室(private),客厅所有客人都能进,但是卧室除了好友之外的普通客人不能进
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
友元的关键词为friend
友元的三种实现
- 全局函数做友元
- 类做友元
- 成员函数做友元
全局函数做友元
class Building
{
//友元声明
friend void goodFriend(Building &building);
public:
Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
public:
string m_SittingRoom;
private:
string m_BedRoom;
};
//全局函数
void goodFriend(Building &building)
{
cout << "猴米全局函数正在访问:"<< building->m_BedRoom/*private*/ <<endl;
}
void test01()
{
Building building;
goodFriend(&building);//成功访问
}
类做友元
class Building;
class GoodFriend
{
public:
GoodFriend();
void visit(); //参观函数 访问Building类中元素
Building * building;
};
class Building
{
//友元声明
friend class GoodFriend;
public:
Building();
public:
string m_SittingRoom;
private:
string m_BedRoom;
};
//类外写成员函数
Building::Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
GoodFriend::GoodFriend()
{
//创建建筑物对象
building = new Building;
}
void GoodFriend::visit()
{
cout << "猴米类正在访问:" << building->m_BedRoom << endl;
}
void test01()
{
GoodFriend gf;
gf.visit();//调用成功
}
成员函数做友元
class Building;
class GoodFriend
{
public:
GoodFriend();
void visit01(); //让visit01函数可以访问Building类的私有成员
void visit02(); //让visit02函数不可以访问Building类的私有成员
Building * building;
};
class Building
{
//友元声明
friend void GoodFriend::visit01();
public:
Building();
public:
string m_SittingRoom;
private:
string m_BedRoom;
};
//类外写成员函数
Building::Building()
{
m_SittingRoom = "客厅";
m_BedRoom = "卧室";
}
GoodFriend::GoodFriend()
{
//创建建筑物对象
building = new Building;
}
void GoodFriend::visit01()
{
cout << "猴米类正在访问:" << building->m_BedRoom << endl;
}
void GoodFriend::visit01()
{
cout << "猴米类正在访问:" << building->m_BedRoom << endl;//报错
}
运算符重载
运算符重载的概念:对已有的运算符重新进行定义,赋予其另一种功能,以适应不同的数据类型
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
Tips:
- 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
class Person
{
public:
//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;
};
//全局函数重载+号
Person operator+(Person &p1, Person &p2)
{
Person temp;
temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
return temp;
}
void test01
{
Person p1;
p1.m_A = 10;
p1.m_B = 10;
Person P2;
p2.m_A = 10;
p2.m_B = 10;
//成员函数本质调用
//Person p3 = p1.operator+(p2);
Person p3 = p1 + p2;//简化
cout << "p3.m_A = " << p3.m_A << endl;
cout << "p3.m_B = " << p3.m_B << endl;
}
左移运算符重载
作用:可以输出自定义数据类型
class Person
{
friend ostream& operator<<(ostream &cout,Person &p);
public:
Person(int a, int b)
{
m_A = a;
m_B = b;
}
private:
//不会利用成员函数重载<<运算符,因为无法实现cout在左侧
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)
{
cout << "m_A = " << p.m_A << " m_B = " << p.m_B;
return cout;
}
void test01()
{
Person p(10,10);
cout << p << endl;
}
int main() {
cout << "Hello, World!" << endl;
test01();
return 0;
}
递增 / 递减运算符重载
作用:通过重载递增 / 递减运算符,实现自己的整形数据
//重载递增运算符
//自定义整型
class MyInteger
{
friend ostream & operator<<(ostream& cout, MyInteger myint);
public:
MyInteger()
{
m_Num = 0;
}
//重载前置++运算符
//返回引用是为了一直对一个数据进行递增操作
MyInteger& operator++()
{
//先进行++运算
m_Num++;
//再将自身返回
return *this;
}
//重载后置++运算符
//int代表占位参数,可用于区分前置和后置递增
MyInteger operator++(int)
{
//先 记录当时结果
MyInteger temp = *this;
//后 递增
m_Num++;
//最后将记录结果做返回
return temp;
}
//重载前置--运算符
//返回引用是为了一直对一个数据进行递减操作
MyInteger& operator--()
{
//先进行--运算
m_Num--;
//再将自身返回
return *this;
}
//重载后置--运算符
//int代表占位参数,可用于区分前置和后置递减
MyInteger operator--(int)
{
//先 记录当时结果
MyInteger temp = *this;
//后 递减
m_Num--;
//最后将记录结果做返回
return temp;
}
private:
int m_Num;
};
ostream & operator<<(ostream& cout, MyInteger myint)
{
cout << myint.m_Num;
return cout;
}
void test01()
{
MyInteger myint; //0
cout << ++myint << endl; //1
cout << myint++ << endl; //1
cout << myint << endl; //2
cout << --myint << endl; //1
cout << myint-- << endl; //1
cout << myint << endl; //0
}
赋值运算符重载
c++编译器至少给一个类添加4个函数
- 默认构造函数(无参,函数体为空)
- 默认析构函数(无参,函数体为空)
- 默认拷贝构造函数,对属性进行值拷贝
- 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,做赋值操作时也会出现深浅拷贝问题
//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)
{
//应该先判断是否有属性在堆区,如有,应先释放干净再进行深拷贝
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
return *this;
}
int *m_Age;
};
void test01()
{
Person p1(10);
Person p2(20);
Person p3(30);
p3 = p2 = p1; //赋值操作
cout << "p1's age = " << *p1.m_Age << endl;
cout << "p2's age = " << *p2.m_Age << endl;
cout << "p3's age = " << *p3.m_Age << endl;
}
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
//关系运算符重载
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)
{
return true;
}
return false;
}
//重载!=号
bool operator!=(Person &p)
{
if (this->m_Name != p.m_Name)
{
return true;
}
return false;
}
string m_Name;
int m_Age;
};
void test01()
{
Person p1("Tom",18);
Person p2("Tom",18);
if (p1 == p2)
{
cout << "p1 == p2" << endl;
} else{
cout << "p1 != p2" << endl;
}
}
函数调用运算符重载
- 函数调用运算符()也可以重载
- 与哦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
//函数调用运算符重载
class MyPrint
{
public:
//重载函数调用运算符
void operator()(string test)
{
cout << test <<endl;
}
};
class MyAdd
{
public:
int operator()(int num1, int num2)
{
return num1 + num2;
}
};
void test01()
{
MyPrint myPrint;
myPrint("hello world");
//匿名对象调用
int a = MyAdd()(10,20);
cout << "a = " << a << endl;
}
继承
继承是面向对象三大特性之一
继承允许我们依据另一个类来定义一个类,有重用代码功能和提高执行效率的效果。
当创建一个类时,不必重新编写新的数据成员和成员函数,只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类,新建的类称为派生类。也可以称为父类与子类
基本语法
class 子类 : 继承方式 父类
class A : public B
以上图为例
// 基类
class Animal {
public:
void eat()
{
cout << "吃!" << endl;
}
void sleep()
{
cout << "zzzZZZ" << endl;
}
string name;
int age;
};
//派生类
class Dog : public Animal {
public:
void bark()
{
cout << "汪汪汪!" << endl;
}
};
子类中的成员,包含两大部分:
- 从父类继承过来的
- 自己增加的成员
从父类继承过来的表现其共性,而新增的成员体现了其个性。
一个子类继承了所有的基类方法,但下列情况除外:
- 父类的构造函数、析构函数和拷贝构造函数。
- 父类的重载运算符。
- 父类的友元函数。
继承方式
继承方式一共有三种:
- 公共继承(public):当一个类派生自公有基类时,基类的公有成员也是派生类的公有成员,基类的保护成员也是派生类的保护成员,基类的私有成员不能直接被派生类访问,但是可以通过调用基类的公有和保护成员来访问。
- 保护继承(protected):当一个类派生自保护基类时,基类的公有和保护成员将成为派生类的保护成员。
- 私有继承(private):当一个类派生自私有基类时,基类的公有和保护成员将成为派生类的私有成员。
我们几乎不使用 protected 或 private 继承,通常使用 public 继承。
构造和析构顺序
在继承后,派生类也会继承基类的构造函数与析构函数
那么他们之间的调用顺序如下:
父类构造——子类构造——子类析构——父类析构
继承同名成员处理方式
当子类与父类出现同名的成员时:
- 如访问子类同名成员,直接访问即可
- 如访问父类同名成员,需要加作用域(类名::)
class Base{
public:
Base()
{
m_A = 100;
}
void func()
{
cout << "Base" << endl;
}
int m_A;
};
class Son:public Base{
public:
Son()
{
m_A = 200;
}
void func()
{
cout << "Son" << endl;
}
int m_A;
};
//同名数据成员处理
void test01()
{
Son s;
cout << "Son下 m_A = " << s.m_A << endl;//200
cout << "Base下 m_A = " << s.Base::m_A << endl;//100
}
//同名成员函数处理
void test02()
{
Son s;
s.func();//Son
s.Base::func();//Base
}
总结:
- 子类对象可以直接访问到子类中同名成员
- 子类对象加作用域可以访问到父类同名函数
- 当子类和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,但加作用域可以访问到
多继承
多继承即一个子类可以有多个父类,它继承了多个父类的特性。
C++ 类可以从多个类继承成员,语法如下:
class <派生类名>:<继承方式1><基类名1>,<继承方式2><基类名2>,…
{
<派生类类体>
};
c++实际开发中不建议使用多继承,因为可能会引发多个父类中有同名成员导致作用域管理混乱
示例如下:
// 形状基类 Shape
class Shape
{
public:
void setWidth(int w)
{
width = w;
}
void setHeight(int h)
{
height = h;
}
protected:
int width;
int height;
};
// 刷漆基类 PaintCost
class PaintCost
{
public:
int getCost(int area)
{
return area * 70;
}
};
// 派生类
class Rectangle: public Shape, public PaintCost
{
public:
int getArea()
{
return (width * height);
}
};
int main(void)
{
Rectangle Rect;
int area;
Rect.setWidth(5);
Rect.setHeight(7);
area = Rect.getArea();
// 输出对象的面积
cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
// 输出总花费
cout << "Total paint cost: $" << Rect.getCost(area) << endl;
return 0;
}
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着两个派生类
- 这种继承被称为菱形继承,或者钻石继承
典型的菱形继承案例:
菱形继承问题:
- 老虎继承了动物的数据,狮子同样也继承了动物的数据;当狮虎兽使用数据时,就会产生二义性
- 当菱形继承,两个父类拥有相同数据时,需要加以作用域区分
- 狮虎兽继承自动物的数据继承了两份,但我们应该清楚,这份数据我们只需要一份即可,导致资源浪费
- 利用虚继承来解决(在继承方式前加上关键字virtual:class Tiger : virtual public Animal,基类Animal变成虚基类)
多态
多态的基本概念
多态是c++面向对象的三大特性之一
多态按字面的意思就是多种形态。当类之间存在层次结构,并且类之间是通过继承关联时,就会用到多态。调用成员函数时,会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数。
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,服用函数名
- 动态多态:派生类和虚函数来实现运行时的多态
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
class Animal
{
public:
void speak()
{
cout<<"动物在说话"<<endl;
}
};
class Cat :public Animal
{
public:
void speak()
{
cout<<"meow,meow,meow"<<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,需要晚绑定
void doSpeak(Animal &animal)
{
animal.speak();
}
void test01()
{
Cat cat;
doSpeak(cat);//动物在说话
}
class Animal
{
public:
//虚函数 实现晚绑定
virtual void speak()
{
cout<<"动物在说话"<<endl;
}
};
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<<"meow,meow,meow"<<endl;
}
};
//执行说话的函数
void doSpeak(Animal &animal)
{
animal.speak();
}
void test01()
{
Cat cat;
doSpeak(cat);//meow
}
总结:
动态多态满足条件:
- 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
多态案例(一)——计算器类
案例描述:
分别用普通写法和多态技术,设计实现两个操作数进行的计算器类
多态的优点:
- 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
//普通实现
class Calculator
{
public:
Calculator(int num1, int num2)
{
m_Num1 = num1;
m_Num2 = num2;
}
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;
//(普通写法下)如果想扩展新功能,就需要修改源码
//在真实开发中,我们提倡开闭原则:对扩展进行开放,对修改进行关闭
}
int m_Num1;//操作数1
int m_Num2;//操作数2
};
void test01()
{
//创建一个计算器对象
Calculator c(10,10);
cout << c.m_Num1 << "+" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("+") << endl;
cout << c.m_Num1 << "-" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("-") << endl;
cout << c.m_Num1 << "*" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("*") << endl;
}
//利用多态实现计算器
//实现计算器抽象类
class AbstractCalculator
{
public:
virtual int getResult()
{
return 0;
}
int m_Num1;//操作数1
int m_Num2;//操作数2
};
//加法计算器类
class AddCaculator :public AbstractCalculator
{
public:
virtual int getResult()
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};
//减法计算器类
class SubCaculator :public AbstractCalculator
{
public:
virtual int getResult()
{
return m_Num1 - m_Num2;
}
};
//乘法计算器类
class MulCaculator :public AbstractCalculator
{
public:
virtual int getResult()
{
return m_Num1 * m_Num2;
}
};
void test02()
{
//多态使用条件:父类指针/引用指向子类对象
//加法运算
AbstractCalculator * abc = new AddCaculator;//父类指针
abc->m_Num1 = 100;
abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
//用完后记得销毁
delete abc;
//减法运算
abc = new SubCaculator;
abc->m_Num1 = 100;
abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
//用完后记得销毁
delete abc;
//乘法运算
abc = new MulCaculator;
abc->m_Num1 = 100;
abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
//用完后记得销毁
delete abc;
}
纯虚函数和抽象类
在多态中,通常父类中虚函数的实现是无意义的,主要是调用子类重写的内容(例如计算器类案例中的抽象计算器类)
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,这个类也成为抽象类
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
class AbstractCalculator//有纯虚函数的类就是抽象类
{
public:
//纯虚函数
virtual int getResult() = 0;
int m_Num1;//操作数1
int m_Num2;//操作数2
};
//加法计算器类
class AddCalculator : public AbstractCalculator
{
public:
virtual int getResult()
{
return m_Num1 + m_Num2;
}
};
void test01()
{
//多态使用条件:父类指针/引用指向子类对象
//加法运算
AbstractCalculator * abc = new AddCalculator;//父类指针
abc->m_Num1 = 100;
abc->m_Num2 = 100;
cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
//用完后记得销毁
delete abc;
AbstractCalculator abc;//报错 抽象类无法实例化对象
new AbstractCalculator;//报错 堆区或栈区都不行
}
多态案例(二)——饮品类
案例描述:
制作饮品的大致流程为:煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入辅料
利用多态技术实现本案例,提供抽象制作饮品基类,提供子类制作咖啡和茶叶
class AbstractDrinking
{
public:
//煮水
virtual void Boil() = 0;
//冲泡
virtual void Brew() = 0;
//倒入杯中
virtual void PourInCup() = 0;
//加入辅料
virtual void PutSth() = 0;
//制作饮品
void makeDrink()
{
Boil();
Brew();
PourInCup();
PutSth();
}
};
//制作咖啡
class Coffee :public AbstractDrinking
{
//煮水
virtual void Boil(){
cout << "用阿拉斯加山脉泉水煮水" << endl;
}
//冲泡
virtual void Brew(){
cout << "冲泡咖啡" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void PourInCup(){
cout << "倒入咖啡杯中" << endl;
}
//加入辅料
virtual void PutSth(){
cout << "加入方糖和牛奶" << endl;
}
};
//制作茶叶
class Tea :public AbstractDrinking
{
//煮水
virtual void Boil(){
cout << "用长白山泉水煮水" << endl;
}
//冲泡
virtual void Brew(){
cout << "冲泡茶叶" << endl;
}
//倒入杯中
virtual void PourInCup(){
cout << "倒入茶杯中" << endl;
}
//加入辅料
virtual void PutSth(){
cout << "加入茉莉花" << endl;
}
};
//制作函数
void doWork(AbstractDrinking * abs)
{
abs->makeDrink();
delete abs; //释放堆区数据
}
void test01()
{
//制作咖啡
doWork(new Coffee);
cout << "----------------" << endl;
//制作茶叶
doWork(new Tea);
}
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
虚析构或者纯虚析构共性:
- 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
虚析构或者纯虚析构区别:
- 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(){ }
总结:
- 虚析构或纯虚析构就是用来解决父类指针释放子类对象
- 如果子类中没有堆区数据,可以不写为虚析构或纯虚析构
- 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类
多态案例(三)—— 电脑组装
案例描述:
电脑主要组成部分为CPU(计算)、显卡(显示)和内存条(存储)
将每个零件封装成抽象基类,并且提供不同的厂商生产的不同的零件,例如Intel和AMD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
//抽象类
//CPU
class CPU
{
public:
//抽象计算函数
virtual void Calculate() = 0;
};
//GPU
class GPU
{
public:
//抽象显示函数
virtual void Display() = 0;
};
//内存条
class Memory
{
public:
//抽象存储函数
virtual void Storage() = 0;
};
//电脑类
class Computer
{
public:
Computer(CPU * cpu, GPU * gpu, Memory * mem)
{
m_cpu = cpu;
m_gpu = gpu;
m_mem = mem;
}
//提供工作的函数
void work()
{
//调用零件接口
m_cpu->Calculate();
m_gpu->Display();
m_mem->Storage();
}
//提供析构函数来释放3个创建在堆区的电脑零件
~Computer()
{
if (m_cpu != NULL)
{
delete m_cpu;
m_cpu = NULL;
}
if (m_gpu != NULL)
{
delete m_gpu;
m_gpu = NULL;
}
if (m_mem != NULL)
{
delete m_mem;
m_mem = NULL;
}
}
private:
CPU * m_cpu;//CPU的零件指针
GPU * m_gpu;//GPU的零件指针
Memory * m_mem;//内存条的零件指针
};
//具体厂商零件
//Intel
class IntelCPU :public CPU
{
public:
virtual void Calculate()
{
cout << "Intel CPU is working!" << endl;
}
};
class IntelGPU :public GPU
{
public:
virtual void Display()
{
cout << "Intel GPU is working!" << endl;
}
};
class IntelMemory :public Memory
{
public:
virtual void Storage()
{
cout << "Intel Memory is working!" << endl;
}
};
//AMD
class AMDCPU :public CPU
{
public:
virtual void Calculate()
{
cout << "AMD CPU is working!" << endl;
}
};
class AMDGPU :public GPU
{
public:
virtual void Display()
{
cout << "AMD GPU is working!" << endl;
}
};
class AMDMemory :public Memory
{
public:
virtual void Storage()
{
cout << "AMD Memory is working!" << endl;
}
};
void test01()
{
//no.1 pc
CPU * intelCpu = new IntelCPU;
GPU * intelGpu = new IntelGPU;
Memory * intelMem = new IntelMemory;
Computer * pc1 = new Computer(intelCpu,intelGpu,intelMem);
pc1->work();
delete pc1;
//no.2 pc
CPU * amdCpu = new AMDCPU;
GPU * amdGpu = new AMDGPU;
Memory * amdMem = new AMDMemory;
Computer * pc2 = new Computer(amdCpu,amdGpu,amdMem);
pc1->work();
delete pc2;
}
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