c++进阶知识

本阶段主要针对c++面向对象编程。

基础知识请看：

1. 内存分区模型
2. 引用
3. 函数提高
4. 类和对象
5. 文件操作

1、内存分区模型

c++程序在执行时，将内存大方向划分为4个区域

• 代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理
• 全局区：存放全局变量，静态变量，常量
• 栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量
• 堆区：由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

目的：不同区域存放的数据，其生命周期不同，方便我们灵活编程

1.1 程序运行前

在程序编译后，生成了exe可执行文件，未执行该程序前分为两个区域

代码区：

• 存放CPU执行的机器指令
• 代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可
• 代码区是只读的，只读的原因是防止程序意外修改了它的指令

全局区：

• 全局变量和静态变量存放在此
• 全局区还包含了常量区，字符串常量和全局常量也存放在此（局部常量，局部变量在栈区）
• 该区域的数据在程序结束后由操作系统释放

总结：

• c++程序在运行前分为全局区和代码区
• 代码区的特点是共享和只读
• 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
• 常量区中存放了const修饰的全局常量 和 字符串常量

1.2 程序运行后

 栈区：

由编译器自动分配和释放，存放函数的参数值，局部变量等

注意事项：函数不要返回局部变量的地址：栈区开辟的数据空间，在函数执行完后，由编译器自动释放

堆区：

由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

c++中主要利用new在堆区开辟内存

1.3 new操作符

堆区开辟用new，释放用delete。利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型的指针。

int * a = new int(10);//创建变量
delete a;


int * arr = new int[10]; //创建数组
delete[] arr;

2、引用

作用：给变量起别名

数据类型 &别名 = 原名

注意事项：

• 必须初始化
• 初始化之后不可改变

函数传参时，可以利用引用的技术，让形参修饰实参

int swap(int &a, int &b)

引用可以作为函数的返回值（1.不要返回局部变量 2.函数的调用可以作为左值）

常量引用的作用主要是来修饰形参，防止误操作：在函数形参列表中，可以加const修饰形参，防止形参改变实参。

引用的本质：指针常量

3.函数提高

函数的形参列表是可以有默认值的。默认值只能设置一次，如：函数声明时设置了，函数定义时就不能设置了。

函数的形参列表中可以有占位参数，用来做占位，调用函数时必须填补该位置。

返回值类型 函数名（数据类型）{}

函数重载：函数名可以相同，提高复用性。

函数重载满足条件：

• 同一作用域下
• 函数名称相同
• 函数参数类型不同 || 个数不同 || 顺序不同

注意事项：

• 返回值不可以作为重载条件。

4.类和对象

三大特性：封装、继承、多态

万事万物皆可为对象，对象上有其属性和行为

 4.1 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
• 将属性和行为加以权限控制
  • public（公共权限）：类内可以访问，类外可以
  • protected（保护权限）：类内可以；类外不可以，子类可以访问
  • private（私有权限）：类内可以；类外不可以，子类不可以访问

class 类名{访问权限：属性 / 行为};

类中的属性和行为统一称为 成员

属性：成员属性，成员变量

行为：成员函数，成员方法

struct 和 class的区别

• struct 默认权限为公共
• class 默认权限为私有

将成员变量设置为私有之后，可以通过成员方法：1.控制读写权限 2.验检测数据的有效性。

头文件中声明，源文件中实现

4.2 对象的初始化和清理

4.2.1 构造函数和析构函数

构造函数：初始化，在创建对象时为对象的成员变量赋值，构造函数由编译器自动调用。

类名（）{}

• 没有返回值，且不写void
• 函数名称与类名相同
• 可以有参数，因此可以重载
• 创建对象时会自动调用一次

析构函数：在对象销毁前，系统自动调用，执行一些清理工作。

~类名（）{}

• 没有返回值 和 void
• ~
• 没有参数，因此不可以重载
• 销毁前自动调用一次

当未提供构造和析构函数时，编译器会提供，且其是空实现。只有默认拷贝函数是值拷贝。

4.2.2 构造函数的分类及调用

两种分类方式

• 按参数：有参构造和无参构造
• 按类型：普通构造和拷贝构造（参数是引用的对象）

三种调用方式：括号法；显示法；隐式转换法

拷贝构造函数调用时机

• 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（传参）
• 以值方式返回局部对象（返回值）

拷贝函数的调用规则

• 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++不再提供其他构造函数

深拷贝和浅拷贝

• 浅拷贝：简单的赋值拷贝操作（会带来问题：堆区的内存重复释放）
• 深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作（解决了浅拷贝的问题）

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

初始化列表：用于初始化属性

构造函数（数据结构，值1，数据结构 值2 ···）：属性1（值2），属性1（值2），···{}

类对象可以作为类成员，构造时，先构造对象成员，再构造本类。析构顺序相反。

• 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

c++编译器给类添加4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
4. 赋值运算符 operator= ，对属性进行值拷贝

4.3 c++对象模型和 this 指针

成员变量和成员函数分开储存。只有非静态成员变量在类上。

每一个非静态成员函数只会诞生一份函数实例，也就是说，多个同类型的对象会共用一块代码。

c++通过提供 this 指针来帮助函数实例区分是哪一个对象调用自己。this 指针的本质是一个指针常量。

this 指针指向被调用的成员函数所属的对象。

• 当形参和成员变量同名时，可用 this 指针来区分（this.age = age）
• 在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用 return *this

空指针调用成员函数，如果用到this，需要加以判断保持代码的健壮性。

if(this == NULL) return;

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
• 常函数内的成员属性无法被修改，若想修改，需要在成员属性声明时加关键字 mutable 。

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（防止普通成员函数修改成员属性）

友元：让一个函数或者类 访问 另一个类中的私有成员。关键字为 friend

三种实现

• 全局函数做友元（在类内声明为友元）
• 类做友元
• 成员函数做友元

4.4 运算符重载：

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

可以通过成员函数重载，也可以通过全局函数重载。运算符重载也可以发生函数重载。

• 加法运算符重载：实现两个自定义数据类型相加的运算
• 左移运算符重载：输出自定义的数据类型
• 递增运算符重载：实现自己的整型数据（用占位参数区分前置递增和后置递增，前置递增返回引用，后置递增返回值）
• 赋值运算符重载：解决浅拷贝的问题
• 关系运算符重载：可以让两个自定义对象进行对比操作
• 函数调用运算符重载：函数调用运算符（）也可以重载，重载后也被称为仿函数

 4.5 继承：减少重复代码

class 子类：继承方式 父类

子类，也成为 派生类（表示个性）

父类，也称为 基类（表示共性）

继承方式：

• 公共继承
• 保护继承
• 私有继承

 继承中的对象模型：从父类继承过来的成员，哪些属于子类对象？

所有非静态成员属性都会被继承。私有成员属性被编译器隐藏了，无法访问。

//利用开发人员命令提示工具查看对象模型
//跳转盘符
//cd 具体路径下
cl /d1 reportSingleClassLayout类名 文件名

 继承同名成员处理方式

• 访问子类同名成员 直接访问即可
• 访问父类童名成员 需要加作用域
• 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，加作用域可以访问到父类中同名函数

c++允许多继承，但实际开发中不建议使用

菱形继承，又称钻石继承：利用虚继承可以解决菱形继承问题

虚继承后，子类继承了虚基类指针，指针指向虚基类表，表中是实际数据的偏移量。

 

 4.6 多态

• 静态多态（编译时确定函数地址）：函数重载 和 运算符重载属于静态多态，复用函数名
• 动态多态（运行时确定函数地址）：派生类 和 虚函数实现运行时多态

多态满足条件

• 有继承关系
• 子类重写父类中的虚函数

多态使用条件：父类指针 或 引用指向子类对象

重写：函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写

 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

c++开发提倡利用多态设计程序结构，因为多态优点很多

多态中，父类的虚函数实现通常毫无意义，因此可以改成纯虚函数。

当类中有了纯虚函数，就变成了抽象类

抽象类特点

• 无法实例 写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

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，那么父类指针释放 子类对象时不干净，因此，需要走将父类中的析构函数改为 虚析构 或者 纯虚析构。

虚析构 和 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

虚析构和纯虚析构 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
virtual ~类名（）{}

//纯虚析构
virtual ~类名（）=0；
类名：：~类名（）{}

5. 文件操作

通过文件可以将数据持久化

c++中对文件操作需要包含头文件

• 文本文件：以ASCII码形式存储
• 二进制文件：以二进制形式存储

操作文件的三大类

1. ofstream：写操作
2. ifstream：读操作
3. fstream：读写操作

写文件

1. 包含头文件   

   #include 

2. 创建流对象  

   ofstream ofs;

3. 打开文件

   ofs.open("文件路径",打开方式);

4. 写数据

   ofs << "写入的数据";

5. 关闭文件

   ofs.close();

打开方式	解释
ios::in	为读文件而打开文件
ios::out	为写文件而打开文件
ios::ate	初始位置：文件尾
ios::app	追加方式写文件
ios::trunc	如果文件存在先删除，再创建
ios::binary	二进制方式

注意： 文件打开方式可以配合使用，利用 | 操作符

例如：用二进制方式写文件 ios::binary | ios:: out

读文件

1. 包含头文件   

   \#include 2. 创建流对象  

   ifstream ifs;

3. 打开文件并判断文件是否打开成功

   ifs.open("文件路径",打开方式);

4. 读数据

   四种方式读取
    //第一种方式
    char buf[1024] = { 0 };
    while (ifs >> buf)
    {
        cout << buf << endl;
    }

    //第二种
    char buf[1024] = { 0 };
    while (ifs.getline(buf,sizeof(buf)))
    {
        cout << buf << endl;
    }

    //第三种
    string buf;
    while (getline(ifs, buf))
    {
        cout << buf << endl;
    }
　　

　　第四种不推荐使用
    char c;
    while ((c = ifs.get()) != EOF)
    {
        cout << c;
    }

5. 关闭文件

   ifs.close();    

二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write

函数原型 ：ostream& write(const char * buffer,int len);

参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数

        ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);
    
    //ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);

    Person p = {"张三"  , 18};

    //4、写文件
    ofs.write((const char *)&p, sizeof(p));    

二进制方式读文件主要利用流对象调用成员函数read

函数原型：istream& read(char *buffer,int len);

参数解释：字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数

#include 
#include <string>

class Person
{
public:
    char m_Name[64];
    int m_Age;
};

void test01()
{
    ifstream ifs("person.txt", ios::in | ios::binary);
    if (!ifs.is_open())
    {
        cout << "文件打开失败" << endl;
    }

    Person p;
    ifs.read((char *)&p, sizeof(p));

    cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄： " << p.m_Age << endl;
}