C++基础——类与对象

1 概述

C++是面向对象的语言，面向对象语言三大特性：封装、继承、多态。
C++将万事万物抽象为对象，对象上有其属性和行为。

2 封装

2.1 封装的意义

封装是面向对象的三大特性之一，封装将属性和行为作为一个整体，对属性和行为加以权限控制。
创建类语法：

class 类名 {
访问权限:
	属性;
	行为;
};

示例：

class Student {
private:
    string m_name;
    int m_age;
public:
    Student(string name, int age) {
        m_name = name;
        m_age = age;
    }
    string getName() {
        return m_name;
    }
};

上面除了定义属性和行为，也定义了权限访问控制符
C++包含三种访问控制符：

  • public 可被类中函数、子类函数、友元函数和类对象访问
  • protected 可被类中函数、子类函数、友元函数访问
  • private 可被类中函数和友元函数访问

2.2 struct和class区别

二者的区别在于默认的访问权限不同，struct默认访问权限为public，class默认访问权限为private

#include <iostream>
using namespace std;

class C1 {
    int m_A;
};

struct S1 {
    int m_A;
};


int main() {
    C1 c1;
    //c1.m_A; 报错，无法访问
    S1 s1;
    s1.m_A = 10;
    return 0;
}

2.3 成员属性设置为私有

通常，将成员属性设置为私有，并提供设置和获取的方法。
这样的好处是可以控制成员属性的访问权限，对于写权限，能够检测数据的有效性。

class Test {
public:
    //num1提供读写接口
    void setNum1(int num1) {
        m_num1 = num1;
    }

    int getNum1() {
        return m_num1;
    }

    //num2只提供读接口
    int getNum2() {
        return m_num2;
    }

    //num3只提供写接口，并判定数据范围
    void setNum3(int num3) {
        if (num3 > 0) {
            m_num3 = num3;
        } else {
            m_num3 = 0;
        }
    }

private:
    int m_num1;
    int m_num2;
    int m_num3;
};

封装的思想通常会将属性设置为私有，暴露必要的修改行为给外部。

3 对象创建和清理

3.1 构造函数和析构函数

一个类具有最基础的两个函数是构造函数和析构函数，即使程序员未添加这两个函数，编译器也会生成一个默认的版本。
其中构造函数用于为类创建一个对象，并进行一些初始化的工作。
析构函数与构造函数相反，是为了清理一个对象，并释放资源。
构造函数和析构函数都是由编译器自动调用。

class Test {
private:
	int m_num;
public:
    Test();
    Test(int num) {
		m_num = num;
	}

    ~Test();
};

构造函数可以重载，而析构函数只能有一个。构造函数可以通过传入不同的参数来重载，而析构函数没有参数。
当未定义构造函数和析构函数时，编译器会自动生成以下两个实现：

Test(){}
~Test(){}

默认会生成两个空实现。
而如果提供了有参构造函数，则编译器不会提供默认的空参构造函数，如果有此使用场景，则需要自己再提供一个空参构造函数。

3.2 构造函数分类及调用方式

构造函数有两种分类方式：
按参数分为：有参构造和无参构造
按类型分类：普通构造和拷贝构造
三种调用方式：
括号法
显示法
隐藏转换法

#include <iostream>

using namespace std;

class Person {
public:
    //无参构造函数
    Person() {
        cout << "无参构造函数" << endl;
    }

    //有参构造函数
    Person(int age) {
        cout << "有参构造函数" << endl;
        m_age = age;
    }

    //拷贝构造函数
    Person(const Person &person) {
        cout << "拷贝构造函数" << endl;
        m_age = person.m_age;
    }

    ~Person() {
        cout << "析构函数" << endl;
    }

public:
    int m_age;
};

void test1() {
    //调用无参构造函数
    Person p1;
    //显示调用无参构造函数
    Person p2 = Person();
    //调用拷贝构造函数
    Person P3(p1);
}

void test2() {
    //括号法
    Person p1(10);
    //括号不能用于调用无参构造函数，这样定义会被认为是一个函数声明
    //Person p();

    //显示法
    Person p2 = Person(10);
    Person p3 = Person(p2);

    //创建匿名对象，无法使用，直接析构
    Person();
    Person(10);

    //隐式转换法，隐式调用有参构造函数和拷贝构造函数
    Person p4 = 10;
    Person p5 = p4;

    //不能利用拷贝构造初始化匿名对象，会被认为是对象声明
    //Person p6(p4);
}

int main() {
    test1();
    test2();
}

输出：

无参构造函数
无参构造函数
拷贝构造函数
析构函数
析构函数
析构函数
有参构造函数
有参构造函数
拷贝构造函数
无参构造函数
析构函数
有参构造函数
析构函数
有参构造函数
拷贝构造函数
析构函数
析构函数
析构函数
析构函数
析构函数

比较需要注意的是隐藏转换法

3.3 拷贝构造函数的调用时机

调用拷贝构造函数有三种情况：

  • 使用一个已有的对象去初始化另一个对象
  • 值传递的方式给对象类型参数传值
  • 以值的方式返回局部对象
#include <iostream>

using namespace std;

class Person {
public:
    //无参构造函数
    Person() {
        cout << "无参构造函数" << endl;
    }

    //有参构造函数
    Person(int age) {
        cout << "有参构造函数" << endl;
        m_age = age;
    }

    //拷贝构造函数
    Person(const Person &person) {
        cout << "拷贝构造函数" << endl;
        m_age = person.m_age;
    }

    ~Person() {
        cout << "析构函数" << endl;
    }

public:
    int m_age;
};

void test1() {
    //调用有参构造函数
    Person p1(10);
    //括号法调用拷贝构造函数
    Person p2(p1);
    //隐式转换法调用拷贝构造函数
    Person p3 = p1;
    //显示调用拷贝构造函数
    Person p4 = Person(p1);

    //赋值操作，不会调用拷贝构造函数
    Person p5;
    p5 = p1;
}

void doSomething1(Person p){}
void test2() {
    Person p;
    //对象赋值给形参，调用拷贝构造函数
    doSomething1(p);
}

Person doSomething2() {
    Person p;
    return p;
}
void test3() {
    Person p = doSomething2();
}

int main() {
    test1();
    test2();
    test3();
}

输出：

有参构造函数
拷贝构造函数
拷贝构造函数
拷贝构造函数
无参构造函数
析构函数
析构函数
析构函数
析构函数
析构函数
无参构造函数
拷贝构造函数
析构函数
析构函数
无参构造函数
析构函数

最后返回局部对象与预想中有差异是因为编译器优化，感兴趣可以搜索RVO了解。
由于返回值和值传递传对象都会导致对象复制，对象大小会随着属性的增加而增加，所以一般对象作为参数的时候，都是使用引用或者指针进行传参或返回。

3.4 构造函数调用规则

默认情况下，C++编译器会至少给一个类添加3个函数：

  • 默认构造函数（无参构造函数，实现为空）
  • 默认析构函数（空实现析构函数）
  • 默认拷贝构造函数（对定义的属性进行拷贝）

构造函数生成规则如下：

  • 如果用户定义有参构造函数，则编译器不会提供默认无参构造函数，但还是会提供默认拷贝构造函数
  • 如果用户定义拷贝构造函数，则编译器不会提供默认无参构造函数

1、使用编译器默认函数

class Person {
public:
    int m_age;
};

int main() {
    Person p1;
    p1.m_age = 10;
    Person p2 = p1;
    cout << "p2.m_age = " << p2.m_age << endl;
}

这里调用了默认无参构造和拷贝构造函数。析构函数由于没有实现所以无法体现。

2、提供有参构造的情况

class Person {
public:
    //无参构造函数
    //Person() {
    //    cout << "无参构造函数" << endl;
    //}

    //有参构造函数
    Person(int age) {
        cout << "有参构造函数" << endl;
        m_age = age;
    }

    //拷贝构造函数
    Person(const Person &person) {
        cout << "拷贝构造函数" << endl;
        m_age = person.m_age;
    }

    ~Person() {
        cout << "析构函数" << endl;
    }

public:
    int m_age;
};

在这里插入图片描述
没有匹配的构造函数调用，编译器不提供默认构造函数。
3、提供拷贝构造函数

class Person {
public:
    //拷贝构造函数
    Person(const Person &person) {
        cout << "拷贝构造函数" << endl;
        m_age = person.m_age;
    }

    ~Person() {
        cout << "析构函数" << endl;
    }

public:
    int m_age;
};

在这里插入图片描述
提供了拷贝构造函数后，不会提供默认无参构造函数。

3.5 深拷贝和浅拷贝

浅拷贝：简单的赋值拷贝，指向同一个内存区域
深拷贝：在堆中重新申请空间，进行拷贝

class Person {
public:
    //无参（默认）构造函数
    Person() {
        cout << "无参构造函数!" << endl;
    }
    //有参构造函数
    Person(int age ,int height) {

        cout << "有参构造函数!" << endl;

        m_age = age;
        m_height = new int(height);

    }
    //拷贝构造函数  
    Person(const Person& p) {
        cout << "拷贝构造函数!" << endl;
        //如果不利用深拷贝在堆区创建新内存，会导致浅拷贝带来的重复释放堆区问题
        m_age = p.m_age;
        m_height = new int(*p.m_height);

    }

    //析构函数
    ~Person() {
        cout << "析构函数!" << endl;
        if (m_height != NULL)
        {
            delete m_height;
        }
    }
public:
    int m_age;
    int* m_height;
};

void test01()
{
    Person p1(18, 180);

    Person p2(p1);

    cout << "p1的年龄： " << p1.m_age << " 身高： " << *p1.m_height << endl;

    cout << "p2的年龄： " << p2.m_age << " 身高： " << *p2.m_height << endl;
}

int main() {

    test01();
    return 0;
}

由于类中的属性是在堆上分配的，如果使用浅拷贝，会导致两个对象的m_height都指向了同一个堆内存区域，而当一个对象析构之后，会释放该内存区域，而另一个对象还在使用该内存区域，会导致不确定的结果。而第二个对象析构时，则会导致重复释放堆区，会导致程序终止。所以如果有堆上分配内存的属性，需要使用深拷贝，重新申请堆内存区域进行赋值。
示例如下：

void test1() {
    Person p1(18, 180);
    {
        Person p2(p1);
        cout << "p2.height = " << *p2.m_height << endl;
    }
    cout << "p1.height = " << *p1.m_height << endl;
}

int main() {
    test1();
}

输出：

有参构造函数
p2.height = 180
析构函数
p1.height = 887973408
析构函数

Process finished with exit code -1073740940 (0xC0000374)

上面是注释了深拷贝的结果，p2正常访问，然后p2被析构，此时p1的m_height指向的内存实际已经释放，所以访问该内存会导致不确定的结果，然后p1会重复释放m_height指向的内存，导致程序出错终止。

3.6 初始化列表

C++提供了一种初始化列表的语法来初始化属性

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;
};

int main() {
    Person p(1, 2, 3);
    p.PrintPerson();

    return 0;
}

初始化列表的语法可以省略原始构造函数中的一些模版代码。

3.7 类对象作为类成员

class Phone
{
public:
    Phone(string name)
    {
        m_PhoneName = name;
        cout << "Phone构造" << endl;
    }
    ~Phone()
    {
        cout << "Phone析构" << endl;
    }
    string m_PhoneName;
};

class Person
{
public:
    //初始化列表可以告诉编译器调用哪一个构造函数
    Person(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName)
    {
        cout << "Person构造" << endl;
    }

    ~Person()
    {
        cout << "Person析构" << endl;
    }

    void playGame()
    {
        cout << m_Name << " 使用" << m_Phone.m_PhoneName << " 牌手机! " << endl;
    }

    string m_Name;
    Phone m_Phone;

};
void test01()
{
    //当类中成员是其他类对象时，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
    Person p("张三" , "苹果X");
    p.playGame();

}

int main() {
    test01();
}

先调用对象成员的构造函数，然后调用本类的构造函数。析构的时候正好与构造的时候顺序相反。

3.8 静态成员

静态成员就是在成员变量或者成员函数前加上static关键字

  • 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
    • 所有对象共享同一个函数
    • 静态成员函数只能访问静态成员变量
      1、静态成员变量
class Person
{

public:
    static int m_A; //静态成员变量
private:
    static int m_B; //静态成员变量也是有访问权限的
};
//类外初始化
int Person::m_A = 10;
int Person::m_B = 10;

void test01()
{
    //静态成员变量两种访问方式

    //1、通过对象
    Person p1;
    p1.m_A = 100;
    cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl;

    Person p2;
    p2.m_A = 200;
    cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl; //共享同一份数据
    cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;

    //2、通过类名
    cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;

    //cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; //私有权限访问不到
}

int main() {
    test01();
}

静态成员变量也有访问权限，与非静态成员变量的访问权限一样。静态成员变量可以通过对象和类名访问。

class Person
{
public:
    static void func()
    {
        cout << "func调用" << endl;
        m_A = 100;
        //m_B = 100; //错误，不可以访问非静态成员变量
    }

    static int m_A; //静态成员变量
    int m_B; // 
private:
    //静态成员函数也是有访问权限的
    static void func2()
    {
        cout << "func2调用" << endl;
    }
};
int Person::m_A = 10;

void test01()
{
    //静态成员变量两种访问方式

    //1、通过对象
    Person p1;
    p1.func();

    //2、通过类名
    Person::func();

    //Person::func2(); //私有权限访问不到
}

int main() {
    test01();
}

静态成员函数只能访问静态成员变量，也只能直接调用静态成员函数，可以在其中创建对象来调用非静态成员函数，因为非静态成员函数属于对象。静态成员函数也可以通过对象和类名两种方式调用。

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在快速发展的数据驱动业务环境中&#xff0c;确保数据在各个系统间高效、准确地同步至关重要。为了进一步的数据处理和分析&#xff0c;经常需要将这些数据同步到其他数据处理系统。Apache SeaTunnel 提供了一个强大而灵活的数据集成框架&#xff0c;使得从 SQL Server 到其他系…
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「随笔」浅谈2023年云计算的发展趋势

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在2023年&#xff0c;云计算的发展趋势将受到政治、经济、社会和科技四个维度的影响。以下是对这些维度的具体分析&#xff1a; 1.1 政治维度&#xff1a; 全球政策推动&#xff1a; 随着全球各国政策对云计算的重视程度不断提高&#xff0c;云计算服务将获得更广泛的市场准入…
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