一、面向对象高级编程上

（1）C++代码基本形式

（2）Header中的防卫式声明

C++头文件中的防卫式声明（也称为包含卫士或头文件保护）是为了防止头文件内容在同一编译单元中被多次包含。这种做法通常使用预处理器指令实现，如下所示：

防卫式声明的主要目的和优点包括：

避免重复包含：在一个项目中，多个源文件可能都会包含相同的头文件。如果头文件被多次包含，它的内容（如变量定义、函数声明等）将在同一编译单元中出现多次，从而导致编译错误。防卫式声明确保了即使头文件被多次包含，其内容也只被处理一次。

防止编译错误：没有防卫式声明的头文件如果包含多次，可能会引起重复定义的错误。例如，重复的函数定义、类定义或全局变量定义都会导致编译错误。

提高编译效率：通过防止头文件内容的重复包含，可以减少编译器的工作量，提高编译效率。

模块化设计：防卫式声明支持模块化设计，允许开发者在多个文件中重用相同的头文件，而不必担心重复包含的问题。

（3）不带指针类的实现过程

1. 防卫式声明

2. 访问级别

思考哪些类型的数据，放在private下，哪些数据放在public下。
思考需要哪些函数，哪些放在public下，哪些放在private下。

3.构造函数

• 不需要有返回值，是否需要默认值，参数如何传递(加不加引用)，初始列(只有构造函数有)，是否需要在函数体内做其他一些事情。
  
• 构造函数的访问级别是否设为私有
  
  静态局部变量 a。由于其是静态的，它只会被初始化一次，即在第一次调用 getInstance() 方法时。
  静态局部变量 a 的生命周期是从它被创建开始直到程序结束。
  每次调用 getInstance() 方法时，都会返回对同一个静态局部变量 a 的引用。任何后续对 getInstance() 的调用都返回对同一个实例的引用，而不会创建新的对象。

4.重载

• 注意是否有默认值
  

4.1 成员函数（有this）

在class中的每一个成员函数都默认有一个不可见的参数this，this指向了当前成员函数的调用者。

4.2 非成员函数（无this）

我们想实现复数的三种加法运算符重载。这三种函数绝不可以return by reference，因为他们返回的必然是local对象，在函数体执行完后释放。
语法：typename（);

4.3 重载输入输出流

两种选择，一种是成员函数，一种是非成员函数。

当你重载一个操作符作为成员函数时，第一个参数总是调用它的对象实例本身，这对于大多数操作符是适用的，因为它们通常是以对象为中心的操作，比如 obj + something 或 obj == another_obj。

但是，对于流操作符 << 而言，通常的用法是将对象写入输出流，如 std::cout << obj。在这种情况下，输出流对象（如 std::cout）应当是操作符的第一个参数，而要输出的对象实例应当是第二个参数。因为 std::cout 是 std::ostream 类的实例，而不是你自定义类型的实例，所以不能将 << 作为你自定义类型的成员函数来重载，因为这会要求 std::ostream 对象作为成员函数的调用者。

写成 成员函数，用法不符合逻辑，因此只能写为非成员函数。

5.常量成员函数

class里面的函数分为 会改变数据 和 不会改变数据 两种。数据就是this指针所指向的成员变量。

不会改变数据内容的，加上const，用于声明某个成员函数不会修改对象的状态，即这是个只读函数。

6.参数传递和返回值传递

三种：值传递、引用传递、const修饰的引用传递。

6.1 参数传递

6.2 返回值

那么什么时候return by value？
如果在函数内部创建了一个变量，并且需要返回该变量，那么考虑值传递，因为当该变量在栈区，函数执行结束后就释放了。

7.友元

8. inline函数

函数若在class body内定义完成，便成为inline候选。
是否可以inline由编译器决定，无论加不加inline关键字。

(4) 带指针类的实现过程

1. 防卫式声明

2. Big Three

字符串里的字符有大有小，所以不能用字符数组来存储，因此在需要的时候开辟内存空间，将指针指向字符串即可（动态分配方式）。

如果想要实现这样的功能，那么构造函数怎么设计？

2.1 构造函数

2.2 拷贝构造

如果不重写拷贝构造或者拷贝赋值，那么编译器默认的拷贝构造和拷贝赋值函数，是简单的将一个对象的值赋值给另一个对象，也就是说，在有指针成员的情况下，两个对象最后指针指向同一块内存空间，这就是浅拷贝问题。我们想要的是，指向两个不同的独立的内存空间，虽然内存空间里存放的值一样。

浅拷贝会带来堆区的内存重复释放，多次调用析构函数会造成程序崩溃。也会造成内存泄漏，b所指向的空间丢失了。

避免这种情况，也就是深拷贝，如下：

这两种都是调用了拷贝构造函数。

2.2 拷贝赋值

**注意检测自我赋值。**为了正确性与效率。

2.3 析构函数

3.输出函数

在重载<<之前，因为我们实现的是全局函数，又不想声明成MyString类的友元，因此我们需要写一个取得字符指针的函数。

因为ostream可以直接接收字符指针，因此我们取得字符指针传递给ostream即可。

(5) 堆、栈与内存管理

何谓堆、栈？

1. 栈的生命期

栈是存在某作用域的一块内存空间中。例如当调用函数，函数本身会形成一个stack来存放它接收的参数，以及返回地址。在函数体内声明的任何变量，其所使用的内存块都取自于stack。
c1就是所谓的stack object，其生命在作用域结束后结束，又称为auto object，会自动被清理（调用析构函数）。

c2是静态对象，作用域结束后生命也不会结束，直到程序结束后，结束生命。

c3是全局对象，其生命在整个程序结束后结束。

2. 堆的生命期

new：先分配memory，再调用构造函数。
delete：先调用析构函数，再释放内存。

array new一定要搭配array delete。

(6) new和delete

1.new

2.delete

析构函数先将字符串指针m_data指向的动态分配的空间销毁，之后再释放指向MyString对象的指针。

注意：array new 一定要搭配 array delete。

(7) static

在没有使用static声明对象的时候，我们创建了三个复数对象c1、c2、c3，这三个对象调用了同一个函数real，但是编译器怎么知道是哪个对象调用的函数real，这个时候凭借的就是this指针。所有成员函数都隐含一个this指针。谁调用real，谁就是this，所以要传入地址。
比如c1调用real，那么传入c1的地址，real里的this指针就是c1。因此不同的对象调用real，传入的this是各自的对象，不同的。

在调用real函数时候，对象的this指针自动传递进去，因此编译器知道是哪个对象调用该函数。

然而，加了static后的数据，与对象脱离，不属于对象，单独在内存中开辟空间。

多个对象拥有同一个静态数据，不属于任何一个对象所独有。比如说：银行系统中的利率，银行的账户对象有多个，但是每个账户共享同一个利率。

静态函数没有this指针，因此不能够像一般函数一样去访问对象中的普通数据，所以只能访问静态数据。

如何调用静态函数？

静态数据成员的定义必须在类外部进行，而且需要在定义时加上数据类型。

单例

诉求：只产生一个对象。

外界无法创建A的对象，因此要提供一个接口可以使外界能取到唯一的A的对象。

但是如果外界一直不使用a，那么这样有点浪费。

这样写的好处是，如果没有人用这个单例，那么该对象就不存在。如果有人使用这个单例，那么该对象有且仅有一份。

(8) 模板

1.类模板

语法：

在类声明中，欲采用通用数据类型的数据成员、成员函数的参数或返回类型前面需要加上类型参数。

2.函数模板

语法：

(9) namespace

东西包装在命名空间中。可以保证同名的东西不会交叉，在各自的命名空间中封装。

(10) 类与类之间的关系(面向对象的思想)

1.继承

inheritance，表示is-a

继承的特性：

• 父类的数据是可以完整继承下来的。

从内存角度看

子类的对象中含有父类的成分。

2.复合

Compositon，表现为has-a

比如，queue这个class中有个变量c，c是一个deque类型。那么queue和deque表现出来的关系就是复合。

Adapter：已有完善、功能很强大的类，根据客户需求修改接口来实现具有一小部分功能的类(改造一下)，所使用的接口都是已有的类里的。

从内存的角度看

composition关系下的构造和析构

构造就像搭积木，一层一层由内像外。因此在调用container的构造函数时候，第一步先调用component的构造函数。
析构就像剥洋葱，由外向内一层一层剥开。因此最后才调用component的析构函数。

3.委托

两个类之间的关系是用指针相连。

如图所示：String类只是一个对外的接口，具体的实现都在StringRep类中。

有三个不同的String对象同时指向"Hello"，那么是共享同一份数据。

特点就是：读时共享，写时拷贝。copy on write。如果a想要改变内容，那么单独提供一份副本给a，b、c继续指向同一个"Hello"。

(11) 虚函数与多态

函数继承的是调用权，子类可以调用父类的函数。

重点在于：子类需不需要重新定义父类的函数。

• 非虚函数：子类不可以重写。
• 虚函数：子类可以重写，不重写的话也有默认的定义。
• 纯虚函数：子类一定要重写，否则编译不通过。
• 空函数：子类不需要重写。

Template Method

父类设计好某些功能的通用、一般性的实现，只留无法决定的函数交给子类去重写。

如图，创建一个子类的对象myDoc，调用父类的函数OnFileOpen(),在OnFileOpen函数的执行过程中，发现Serialize函数被子类重写了，因此转过去执行子类重写的该函数，最后再回到父类的OnFileOpen中执行。

继承+复合关系

构造和析构

继承+委托关系

observer

什么情况需要用到这种设计模式？

假设我们有一份数据，但是需要用多种方式对这份数据进行查看。

如图所示，我们只有一份数据，但是需要用多种不同的方式对数据进行查看(直观、柱状图、折线图等等)。拥有同一份数据的副本我们就可以想到委托的特点读时共享。