C++语言学习（二）—— C++语言的基本知识

目录

一、面向对象的三个核心概念

二、C++语言中的I/O口

三、C++语言中的数据类型​​​​​​​

3.1 逻辑类型

3.2 引用类型

3.2.1 引用作为函数参数

3.2.2 引用作为函数返回值

3.2.3 引用作为类成员

3.3 类类型

四、 C++语言中的内联函数

五、 函数重载

六、 带默认形参值的函数

七、 动态内存分配和释放

一、面向对象的三个核心概念

C++语言面向对象的三个核心概念是封装、继承和多态。

  1. 封装（Encapsulation）：封装是一种将数据和操作封装在类中的机制。通过使用类，我们可以将数据和方法绑定在一起，并限制外部访问这些数据和方法。这样可以隐藏实现细节，提高代码的安全性和可维护性。

  2. 继承（Inheritance）：继承是指从一个现有的类派生出一个新的类，新的类称为子类或派生类，原有的类称为父类或基类。子类可以继承父类的成员变量和成员函数，并且可以添加自己的成员变量和成员函数。继承可以实现代码的重用和扩展。

  3. 多态（Polymorphism）：多态是指同一个方法在不同的对象上可以有不同的行为表现。在C++中，多态通过虚函数（virtual function）和纯虚函数（pure virtual function）来实现。通过使用多态，可以在不修改原有代码的情况下，通过派生类对象调用父类的虚函数，实现不同的行为。

这三个核心概念共同构成了C++面向对象编程的基础，可以帮助程序员更好地组织和管理代码，提高代码的可重用性和扩展性。

二、C++语言中的I/O口

在C++语言中，可以通过使用I/O流来实现对I/O口的操作。I/O口是计算机与外部设备之间进行输入输出的接口，它可以用于与键盘、显示器、硬盘、串口等设备进行通信。

在C++语言中，>>符号可以用于两种不同的用途：

  • 输入运算符：输入运算符>>用于将数据从输入流（例如键盘）读取到变量中。通常与cin对象一起使用。
  • 右移运算符：右移运算符>>用于对二进制数进行右移操作。它会将一个数的二进制表示向右移动指定的位数，并将结果返回。

在C++语言中，<<符号的用途：

  • <<符号是一个重载运算符，用于实现输出流的对象插入操作符。它被用于向输出流中插入数据。输出流对象可以使用<<符号连接多个数据，数据会按照从左到右的顺序插入到输出流中。

在C++语言中，可以使用iostream头文件提供的iostream库来操作I/O流。iostream库提供了两个基本的I/O流对象，即cin和cout。

  • cin：是一个标准输入流对象，可以用来接收用户的输入。可以使用>>操作符来从标准输入流中读取数据。
int num;
cin >> num; // 从标准输入流中读取一个整数并存储到num变量中

  • cout：是一个标准输出流对象，可以用来输出数据到屏幕上。可以使用<<操作符来将数据输出到标准输出流中。
int num = 10;
cout << "The number is: " << num << endl; // 将字符串和变量的值输出到标准输出流中

除了cin和cout，还有cerr和clog这两个标准错误输出流对象，它们用于将错误信息输出到屏幕上。cerr是无缓冲的输出流，而clog是有缓冲的输出流，它们的使用方式和cout类似。

cerr << "Error occurred!" << endl; // 将错误信息输出到标准错误输出流中

需要注意的是，I/O操作是相对较为慢速的操作，因此在进行大量的I/O操作时，应尽量减少不必要的输出，以提高程序执行效率。

三、C++语言中的数据类型

C++语言中的数据类型可以分为基本数据类型、构造数据类型和抽象数据类型。

3.1 逻辑类型

逻辑类型（logic types）指的是能够表示真值（true/false）的数据类型。C++中定义了bool类型来表示逻辑类型，其中true代表真，false代表假。

逻辑类型主要用于表示条件判断和布尔逻辑运算，常用于控制结构的条件表达式中，例如if语句和循环语句。逻辑类型可以通过比较运算符（例如==、!=、<、>等）进行比较，也可以通过逻辑运算符（例如&&、||、!等）进行逻辑运算。

3.2 引用类型

C++语言中的引用类型是指使用引用来操作变量的一种数据类型。引用类型是对已存在的变量起一个别名，通过引用可以直接操作原变量，而不需要通过指针来访问。

C++语言中的引用类型有三种主要的用法：

3.2.1 引用作为函数参数

引用可以用作函数的参数，通过引用传递参数可以直接修改原变量的值，而不需要进行复制。这样可以提高程序的效率，并且避免了不必要的内存消耗。例如：

void swap(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

int main() {
    int num1 = 10;
    int num2 = 20;
    swap(num1, num2);
    // num1的值现在是20，num2的值现在是10
    return 0;
}

3.2.2 引用作为函数返回值

函数可以返回引用类型的值，这样可以避免复制大量的数据，而直接返回原变量的引用。需要注意的是，返回引用时，被引用的变量的生命周期必须长于引用的使用，否则可能导致引用悬空的问题。例如：

int& getLarger(int& a, int& b) {
    if (a > b) {
        return a;
    } else {
        return b;
    }
}

int main() {
    int num1 = 10;
    int num2 = 20;
    int& larger = getLarger(num1, num2);
    larger = 30;
    // num2的值现在是30
    return 0;
}

3.2.3 引用作为类成员

引用可以作为类的成员变量，这样可以在类中直接操作引用所引用的变量，而不需要使用指针。需要注意的是，成员引用必须在类的构造函数中进行初始化，并且一旦初始化后，就不能再引用其他变量。例如：

class Person {
public:
    Person(string& name) : m_name(name) {}

    void printName() {
        cout << m_name << endl;
    }

private:
    string& m_name;
};

int main() {
    string name = "John";
    Person person(name);
    person.printName(); // 输出 "John"
    return 0;
}

3.3 类类型

类的对象是类类型的实例，可以使用类名后跟一个对象名称创建对象。通过对象可以访问类的成员变量和成员函数。

类类型的对象可以通过构造函数进行初始化，构造函数是一种特殊的成员函数，用于在对象创建时初始化对象的状态。

四、 C++语言中的内联函数

在C++中，内联函数是一种编译器优化技术，用于在函数调用时直接将函数的代码插入到调用者的代码中，而不是通过跳转到函数的地址执行函数体。使用内联函数可以提高程序的执行效率，减少函数调用的开销。

C++中的内联函数通过在函数定义前面加上关键字"inline"来声明。例如：

inline int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

在上面的代码中，add函数被声明为内联函数。当调用add函数时，编译器会将函数体直接插入到调用者的代码中，而不是跳转到add函数的地址执行。

C++中的内联函数通过在函数定义前加上关键字"inline"来声明，用于提高程序的执行效率。适用于简单、短小的函数，通常定义在头文件中。

五、 函数重载

函数重载是指在一个程序中可以有多个同名函数，但这些函数的参数类型、参数个数或参数顺序不同。当调用这个函数时，编译器会根据参数的类型、个数和顺序来确定具体调用的是哪个函数。函数重载可以提高程序的灵活性和可读性，使代码更加简洁和优雅。

在C++中，函数重载是通过函数的参数列表来实现的。

例如，下面是两个同名函数的定义：

void print(int num) {
    cout << "The number is: " << num << endl;
}

void print(string text) {
    cout << "The text is: " << text << endl;
}

这两个函数都叫做print，但参数类型不同，第一个函数接受一个int类型的参数，第二个函数接受一个string类型的参数。

当调用这个print函数时，编译器会根据传入的参数的类型来确定具体调用的是哪个函数。例如：

print(10);           // 调用print(int num)
print("Hello");      // 调用print(string text)

这样，就可以根据不同的参数类型来选择调用不同的函数，实现函数的重载。

六、 带默认形参值的函数

C++中可以定义带有默认参数值的函数。默认参数值是指在函数声明或定义时给函数参数赋予一个默认值，如果在函数调用时未提供实际参数，则会使用默认值。

下面是一个带有默认参数值的函数的例子：

void printMessage(string message = "Hello, World!") {
    cout << message << endl;
}

在上面的例子中，函数printMessage有一个字符串类型的参数message，并给它赋予了默认值"Hello, World!"。

当调用printMessage函数时，可以选择提供实际参数来覆盖默认值，或者不提供实际参数使用默认值。例如：

printMessage();                 // 输出: Hello, World!
printMessage("Goodbye!");       // 输出: Goodbye!

在第一个调用中，由于没有提供实际参数，所以函数使用了默认值"Hello, World!"。在第二个调用中，提供了实际参数"Goodbye!"，覆盖了默认值。

需要注意的是，带有默认参数值的参数必须放在参数列表的末尾，不能跳过某个参数给后面的参数赋予默认值。例如：

void printNumbers(int a, int b = 0, int c) {
    cout << a << ", " << b << ", " << c << endl;
}

上面的函数定义是错误的，因为默认参数值必须是在参数列表的末尾。应该将参数c放在默认参数值的前面，才能正确使用默认参数。

七、 动态内存分配和释放

C++中的动态内存分配和释放是通过new和delete关键字来实现的。

使用new关键字可以在堆上分配一块指定类型的内存，并返回其地址。我们可以将此地址赋值给一个指针变量，以便后续访问和使用。

例如，以下代码演示了如何使用new动态分配一个int类型的内存块：

int* p = new int;

上述代码将分配一块int类型的内存，并将其地址赋值给指针变量p。

使用delete关键字可以释放之前通过new分配的内存。释放内存后，我们就不能再访问被释放的内存块，否则会导致未定义行为。

例如，以下代码演示了如何使用delete释放之前分配的int类型内存块：

delete p;

上述代码将释放之前通过new分配的int类型的内存块。

注意：

使用new分配的内存必须使用delete进行释放，否则会导致内存泄漏。同时，释放已经释放过的内存或堆栈上的内存也会导致未定义行为。

另外，还可以使用new[]和delete[]关键字来分配和释放一维动态数组的内存。例如：

int* arr = new int[5];
delete[] arr;

上述代码将分配一个包含5个int类型元素的动态数组，并在使用完后通过delete[]释放内存。

注意：

使用new[]分配的数组内存必须使用delete[]进行释放，否则会导致内存泄漏。同样，释放已经释放过的内存或堆栈上的内存也会导致未定义行为。

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