【C++核心编程(二)】

一、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、吃饭、唱歌...

车也可以作为对象，属性有轮胎、方向盘、车灯...,行为有载人、放音乐、放空调...

具有相同性质的对象，我们可以抽象称为类，人属于人类，车属于车类。

1.1、封装

1.1.1、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 };

示例1: 设计一个圆类，求圆的周长:

//圆周率
const double PI = 3.14;

//设计一个圆类,来求圆的周长
//圆周长公式:2 * PI * 半径

//class代表设计一个类,类后面紧跟着的就是类名
class Circle
{
	//访问权限	
public://公共权限

	//属性
	int m_r;//半径

	//行为
	double calculateZC()//获取圆的周长
	{
		return 2 * PI * m_r;
	}
};


int main()
{
	//通过圆类来创建一个具体的圆(对象)
	//实例化 - 通过一个类创建一个对象的过程
	Circle c1;
	//给圆对象的属性进行赋值
	c1.m_r = 10;

	cout << "圆的周长为:" << c1.calculateZC() << endl;

	system("pause");
	return 0;
}

示例2: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:
	//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

	void showStudent()
	{
		cout << m_Name << "的学号是:" << m_Id << endl;
	}

	//给姓名赋值(利用行为给属性赋值)
	void setName(string name)
	{
		m_Name = name;
	}

	void setId(int id)
	{
		m_Id = id;
	}
};

int main()
{
	//创建一个具体的学生 - 实例化对象
	Student s1;
	s1.m_Name = "张三";
	s1.m_Id = 2018040111;

	s1.showStudent();

	Student s2;
	//s2.m_Name = "李四";
	s2.setName("李四");
	//s2.m_Id = 2018040112;
	s2.setId(2018040112);

	s2.showStudent();

	system("pause");
	return 0;
}

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

③private:私有权限

//三种访问权限
//public(公共权限) - 成员类内可以访问、类外也可以访问
//protected(保护权限) - 成员类内可以访问、类外不可以访问
//private(私有权限) - 成员类内可以访问、类外不可以访问

class Person
{
public:
	//公共权限
	string m_Name;//姓名

protected:
	//保护权限
	string m_Car;//汽车

private:
	int m_Passward;//银行卡密码

public:
	void func()
	{
		m_Name = "张三";
		m_Car = "拖拉机";
		m_Passward = 123456;
	}
};

int main()
{
	//实例化具体对象
	Person p1;
	p1.m_Name = "李四";
	//p1.m_Car = "奔驰";//保护权限内容,在类外访问不到
	//p1.m_Passward = 132654;//私有权限内容,在类外访问不到

	system("pause");
	return 0;
}

1.1.2、struct和class区别

在C++中struct和class唯一的区别就在于默认的访问权限不同。

区别:

·struct 默认权限为公共

·class 默认权限为私有

//class默认权限是private私有
class C1
{
	int m_A;
};

//struct默认权限是public公共
struct C2
{
	int m_A;
};

int main()
{
	C1 c1;
	//c1.m_A = 100;

	C2 c2;
	c2.m_A = 100;

	system("pause");
	return 0;
}

1.1.3、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，我们可以检测数据的有效性。

class Person
{
private:
	string m_Name;//姓名 - 可读可写

	int m_Age = 18;//年龄 - 只读 -> 也可以写(年龄在0 - 150之间)

	string m_Idol;//偶像 - 只写

public:
	//设置姓名
	void setName(string name)
	{
		m_Name = name;
	}
	//获取姓名
	string getName()
	{
		return m_Name;
	}

	//获取年龄
	int getAge()
	{
		return m_Age;
	}
	//设置年龄(0 - 150)
	void setAge(int age)
	{
		if (age < 0 || age > 150)
		{
			cout << "年龄输入有误,赋值失败!" << endl;
			return;
		}
		m_Age = age;
	}

	//设置偶像
	void setIdol(string Idol)
	{
		m_Idol = Idol;
	}
};

int main()
{
	Person p;
	p.setName("张三");
	p.setIdol("坤坤");

	cout << "姓名:" << p.getName() << "  年龄:" << p.getAge() << endl;

	system("pause");
	return 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。

//立方体类设计
//1.创建立方体类
class Cube
{
	//2.设计属性
private:
	int m_L;//长
	int m_W;//宽
	int m_H;//高

	//3.设计行为 - 获取立方体面积和体积
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 calculateS()
	{
		return 2 * m_L * m_W + 2*m_L*m_H + 2*m_H*m_W;
	}

	//获取立方体体积
	int calculateV()
	{
		return m_L * m_W * m_H;
	}

	//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
	bool isSameByClass(Cube& c)
	{
		if (m_L == c.getL() && m_H == c.getH() && m_W == c.getW())
		{
			return true;
		}
		return false;
	}
};

//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.getH() == c2.getH() && c1.getW() == c2.getW())
	{
		return true;
	}
	return false;
}

int main()
{
	//创建立方体对象
	Cube c1;
	c1.setL(10);
	c1.setH(10);
	c1.setW(10);
	cout << "c1的面积:" << c1.calculateS() << endl;
	cout << "c1的体积:" << c1.calculateV() << endl;

	//创建第二个立方体对象
	Cube c2;
	c2.setL(10);
	c2.setH(10);
	c2.setW(10);

	//利用全局函数判断
	bool ret = isSame(c1, c2);
	if (ret)
	{
		cout << "全局函数判断两个立方体相等!" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "全局函数判断两个立方体不相等!" << endl;
	}

	//利用成员函数判断
	ret = c2.isSameByClass(c1);
	if (ret)
	{
		cout << "成员函数判断两个立方体相等!" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "成员函数判断两个立方体不相等!" << endl;
	}

	system("pause");
	return 0;
}

练习案例2: 点和圆的关系

设计一个圆形类 (Circle) ，和一个点类 (Point) ，计算点和圆的关系。

//点和圆关系案例

//点类
class Point
{
private:
	int m_X;
	int m_Y;

public:
	//设置X
	void setX(int x)
	{
		m_X = x;
	}
	//获取X
	int getX()
	{
		return m_X;
	}
	//设置Y
	void setY(int y)
	{
		m_Y = y;
	}
	//获取Y
	int getY()
	{
		return m_Y;
	}
};

//圆类
class Circle
{
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

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;
	}
};

//判断点和圆的关系
void isInCircle(Circle& c, Point& p)
{
	//计算两点之间距离的平方
	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 << "点在圆外!" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "点在圆内!" << 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(10);

	isInCircle(c, p);

	system("pause");
	return 0;
}

1.1.4、案例二的分文件编写

①在源文件和头文件处分别新建两个关于圆类和点类的.cpp和.h文件:

②将test.cpp中对点类和圆类的实现分别复制到point.h、point.cpp和circle.h、circle.cpp中去，并做一些修改:

point.h

#pragma once//防止头文件重复包含
#include <iostream>
using namespace std;

//点类 - 只需要函数的声明和成员变量的声明即可(.h文件中)
class Point
{
private:
	int m_X;
	int m_Y;

public:
	//设置X
	void setX(int x);

	//获取X
	int getX();

	//设置Y
	void setY(int y);

	//获取Y
	int getY();
};

point.cpp

#include "point.h"

//只需要函数所有的实现
//以下函数虽然是全局函数,但是它们均属于成员函数,所以我们需要在实现函数后在其函数名前加上其作用域
//要指明其是在哪个作用域下使用的(与哪个作用域/类相关)

//设置X
void Point::setX(int x)//Point::setX - Point作用域下的setX函数
{
	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
{
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

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();
};

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;
}

test.cpp

#include "circle.h"

//判断点和圆的关系
void isInCircle(Circle& c, Point& p)
{
	//计算两点之间距离的平方
	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 << "点在圆外!" << endl;
	}
	else
	{
		cout << "点在圆内!" << 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(10);

	isInCircle(c, p);

	system("pause");
	return 0;
}

二、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。

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

析构函数语法: ~类名() {}

①析构函数，没有返回值也不写void

②函教名称与类名相同,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

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:

①括号法

②显示法

③隐式转换法

class Person
{
public:
	//构造函数
	Person()
	{
		cout << "Person的无参构造函数" << endl;
	}
	Person(int a)
	{
		age = a;
		cout << "Person的有参构造函数" << endl;
	}

	//拷贝构造函数
	Person(const Person& p)
	{
		age = p.age;//将传入的对象身上所有的属性,拷贝到当前对象身上
		cout << "Person的拷贝构造函数" << endl;
	}

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

	int age;
};

//调用
void test01()
{
	//1.括号法
	//Person p1;//默认构造函数的调用
	//Person p2(10);//有参构造函数
	//Person p3(p2);//拷贝构造函数

	//注意事项
	//调用默认构造函数时,不要加()
	//因为这样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();

	//2.显示法
	Person p1;
	Person p2 = Person(10);//有参构造
	Person p3 = Person(p2);//拷贝构造
	//上述表达式右侧Person(10);是匿名对象 - 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
	//不要利用拷贝构造函数初始化匿名对象
	//Person(p3);//编译器会认为Person(p3) == Person p3，是一个对象的声明

	//3.隐式转换法
	Person p4 = 10;//== Person(p4) = Person(10);
	Person p5 = p4;//拷贝构造
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

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:

·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

·以值方式返回局部对象

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

	Person(int a)
	{
		m_Age = a;
		cout << "Person的有参构造函数" << endl;
	}

	Person(const Person& p)
	{
		m_Age = p.m_Age;
		cout << "Person的拷贝构造函数" << endl;
	}

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

	int m_Age;
};

//1.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的年龄:" << p2.m_Age << endl;
}

//2.值传递的方式给函数参数传值
void doWork(Person p)//拷贝一个新的临时的副本出来
{

}

void test02()
{
	Person p;
	doWork(p);
}

//3.值方式返回局部对象
Person doWork2()
{
	Person p1;
	cout << &p1 << endl;
	return Person(p1);//根据p1创建一个新的对象然后返回
}

void test03()
{
	Person p = doWork2();
	cout << &p << endl;
}

int main()
{
	//test01();
	//test02();
	test03();

	system("pause");
	return 0;
}

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++不在提供默认无参构造，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。

2.5、深拷贝与浅拷贝

深浅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。

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

	Person(int age , int height)
	{
		m_Age = age;
		m_Height = new int(height);
		cout << "Person的有参构造函数" << endl;
	}

	//自己实现拷贝构造函数来实现浅拷贝带来的问题
	Person(const Person& p)
	{
		cout << "Person的拷贝构造函数" << endl;
		m_Age = p.m_Age;
		//m_Height = p.m_Height;//编译器默认实现的就是这行代码
		//深拷贝操作
		m_Height = new int(*p.m_Height);
	}

	~Person()
	{
		cout << "Person的析构函数" << endl;
		//析构函数 - 将我们在堆区开辟的数据做释放操作
		if (m_Height != NULL)
		{
			delete m_Height;
			m_Height = NULL;
		}
	}

	int m_Age;//年龄
	int* m_Height;//身高
};

void test01()
{
	Person p1(18, 183);
	cout << "p1的年龄:" << p1.m_Age << "  p1的身高:" << *p1.m_Height << endl;

	Person p2(p1);
	cout << "p2的年龄:" << p2.m_Age << "  p2的身高:" << *p2.m_Height << endl;
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

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

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) ...{}

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;
	}*/

	//初始化列表赋初值
	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(10, 20, 30);
	Person p(30 , 20 , 10);
	cout << "m_A = " << p.m_A << "  m_B = " << p.m_B << "  m_C = " << p.m_C << endl;
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

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，AB的构造和析构的顺序是谁先谁后?

class Phone
{
public:

	Phone(string pname)
	{
		cout << "Phone的构造函数" << endl;
		m_PName = pname;
	}

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

	string m_PName;//手机品牌名称
};

class Person
{
public:

	Person(string name, string phone) :m_Name(name), m_Phone(phone)//Phone m_Phone = pName; - 隐式转换法
	{
		cout << "Person的构造函数" << endl;
	}

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

	string m_Name;//姓名
	Phone m_Phone;//手机
};

//当其他类的对象作为本类的成员,构造时先构造其他类的对象,在构造自身类的对象 
//析构的顺序和构造相反

void test01()
{
	Person p("张三", "华为MAX");
	cout << p.m_Name << "拿着" << p.m_Phone.m_PName << "品牌手机" << endl;
}


int main()
{
	test01();

	system("pause");
	return 0;
}

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

·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

class Person
{
public:
	
	static int m_A;//静态成员变量
	int m_B = 10; //非静态成员变量

	//静态成员函数
	static void func()
	{
		m_A = 200;//静态的成员函数可以访问静态的成员变量
		//m_B = 20;//静态成员函数不可以访问非静态成员变量 - 无法区分到底是哪个对象的m_B属性
		cout << "func()的调用" << endl;
	}
	//静态成员函数和静态成员变量均有访问权限(private)
};

//类内声明,类外初始化
int Person::m_A = 100;

void test01()
{
	Person p;
	cout << p.m_A << endl;
}

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 << endl;

	//2.通过类名进行访问
	cout << Person::m_A << endl;

	//静态成员函数的两种访问方式
	//1.通过对象进行访问
	p.func();

	//2.通过类名进行访问
	Person::func();
}

int main()
{
	//test01();
	test02();

	system("pause");
	return 0;
}