C++面向对象详解,探讨C++中的核心和精髓

大理寺少卿 · · 编程&逆向技术交流
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# C++核心编程 本阶段主要针对C++==面向对象==编程技术做详细讲解,探讨C++中的核心和精髓。 ## 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的 - 全局区:存放全局变量和静态变量以及常量 - 栈区:由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量等 - 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 **内存四区意义:** 不同区域存放的数据,赋予不同的生命周期, 给我们更大的灵活编程 ### 1.1 程序运行前 ​ 在程序编译后,生成了exe可执行程序,**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,使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令 ​ **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, 字符串常量和其他常量也存放在此. ​ ==该区域的数据在程序结束后由操作系统释放==. **示例:** ```c++ //全局变量 int g_a = 10; int g_b = 10; //全局常量 const int c_g_a = 10; const int c_g_b = 10; int main() { //局部变量 int a = 10; int b = 10; //打印地址 cout <<"局部变量a地址为: " <<(int)&a < 总结: * C++中在程序运行前分为全局区和代码区 * 代码区特点是共享和只读 * 全局区中存放全局变量、静态变量、常量 * 常量区中存放 const修饰的全局常量 和 字符串常量 ### 1.2 程序运行后 ​ **栈区:** ​ 由编译器自动分配释放, 存放函数的参数值,局部变量等 ​ 注意事项:不要返回局部变量的地址,栈区开辟的数据由编译器自动释放 **示例:** ```c++ int * func() { int a = 10; return &a; } int main() { int *p = func(); cout <<*p <总结:通过引用参数产生的效果同按地址传递是一样的。引用的语法更清楚简单 ### 2.4 引用做函数返回值 作用:引用是可以作为函数的返回值存在的 注意:**不要返回局部变量引用** 用法:函数调用作为左值 **示例:** ```C++ //返回局部变量引用 int& test01() { int a = 10; //局部变量 return a; } //返回静态变量引用 int& test02() { static int a = 20; return a; } int main() { //不能返回局部变量的引用 int& ref = test01(); cout <<"ref = " <150) { cout <<"你个老妖精!" < **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。 13_36_41_79462 ### 4.2 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。 #### 4.2.1 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. 函数名称与类名相同,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 ```C++ class Person { public: //构造函数 Person() { cout <<"Person的构造函数调用" <总结:如果属性有在堆区开辟的,一定要自己提供拷贝构造函数,防止浅拷贝带来的问题 #### 4.2.6 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)... {}` **示例:** ```C++ 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:" <总结1:对于内置的数据类型的表达式的的运算符是不可能改变的 >总结2:不要滥用运算符重载 #### 4.5.2 左移运算符重载 作用:可以输出自定义数据类型 ```C++ class Person { friend ostream& operator<<(ostream& out, Person& p); public: Person(int a, int b) { this->m_A = a; this->m_B = b; } //成员函数 实现不了 p <总结:重载左移运算符配合友元可以实现输出自定义数据类型 #### 4.5.3 递增运算符重载 作用: 通过重载递增运算符,实现自己的整型数据 ```C++ class MyInteger { friend ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint); public: MyInteger() { m_Num = 0; } //前置++ MyInteger& operator++() { //先++ m_Num++; //再返回 return *this; } //后置++ MyInteger operator++(int) { //先返回 MyInteger temp = *this; //记录当前本身的值,然后让本身的值加1,但是返回的是以前的值,达到先返回后++; m_Num++; return temp; } private: int m_Num; }; ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint) { out <总结: 前置递增返回引用,后置递增返回值 #### 4.5.4 赋值运算符重载 c++编译器至少给一个类添加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 如果类中有属性指向堆区,做赋值操作时也会出现深浅拷贝问题 **示例:** ```C++ class Person { public: Person(int age) { //将年龄数据开辟到堆区 m_Age = new int(age); } //重载赋值运算符 Person& operator=(Person &p) { if (m_Age != NULL) { delete m_Age; m_Age = NULL; } //编译器提供的代码是浅拷贝 //m_Age = p.m_Age; //提供深拷贝 解决浅拷贝的问题 m_Age = new int(*p.m_Age); //返回自身 return *this; } ~Person() { if (m_Age != NULL) { delete m_Age; m_Age = NULL; } } //年龄的指针 int *m_Age; }; void test01() { Person p1(18); Person p2(20); Person p3(30); p3 = p2 = p1; //赋值操作 cout <<"p1的年龄为:" <<*p1.m_Age < 我们发现,定义这些类时,下级别的成员除了拥有上一级的共性,还有自己的特性。 这个时候我们就可以考虑利用继承的技术,减少重复代码 #### 4.6.1 继承的基本语法 例如我们看到很多网站中,都有公共的头部,公共的底部,甚至公共的左侧列表,只有中心内容不同 接下来我们分别利用普通写法和继承的写法来实现网页中的内容,看一下继承存在的意义以及好处 **普通实现:** ```C++ //Java页面 class Java { public: void header() { cout <<"首页、公开课、登录、注册...(公共头部)" < **示例:** ```C++ class Base1 { public: int m_A; protected: int m_B; private: int m_C; }; //公共继承 class Son1 :public Base1 { public: void func() { m_A; //可访问 public权限 m_B; //可访问 protected权限 //m_C; //不可访问 } }; void myClass() { Son1 s1; s1.m_A; //其他类只能访问到公共权限 } //保护继承 class Base2 { public: int m_A; protected: int m_B; private: int m_C; }; class Son2:protected Base2 { public: void func() { m_A; //可访问 protected权限 m_B; //可访问 protected权限 //m_C; //不可访问 } }; void myClass2() { Son2 s; //s.m_A; //不可访问 } //私有继承 class Base3 { public: int m_A; protected: int m_B; private: int m_C; }; class Son3:private Base3 { public: void func() { m_A; //可访问 private权限 m_B; //可访问 private权限 //m_C; //不可访问 } }; class GrandSon3 :public Son3 { public: void func() { //Son3是私有继承,所以继承Son3的属性在GrandSon3中都无法访问到 //m_A; //m_B; //m_C; } }; ``` #### 4.6.3 继承中的对象模型 **问题:**从父类继承过来的成员,哪些属于子类对象中? **示例:** ```C++ class Base { public: int m_A; protected: int m_B; private: int m_C; //私有成员只是被隐藏了,但是还是会继承下去 }; //公共继承 class Son :public Base { public: int m_? }; void test01() { cout <<"sizeof Son = " < 打开工具窗口后,定位到当前CPP文件的盘符 然后输入: cl /d1 reportSingleClassLayout查看的类名 所属文件名 效果如下图: 13_37_39_87938 >结论: 父类中私有成员也是被子类继承下去了,只是由编译器给隐藏后访问不到 #### 4.6.4 继承中构造和析构顺序 子类继承父类后,当创建子类对象,也会调用父类的构造函数 问题:父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后? **示例:** ```C++ class Base { public: Base() { cout <<"Base构造函数!" <总结:继承中 先调用父类构造函数,再调用子类构造函数,析构顺序与构造相反 #### 4.6.5 继承同名成员处理方式 问题:当子类与父类出现同名的成员,如何通过子类对象,访问到子类或父类中同名的数据呢? * 访问子类同名成员 直接访问即可 * 访问父类同名成员 需要加作用域 **示例:** ```C++ class Base { public: Base() { m_A = 100; } void func() { cout <<"Base - func()调用" <总结:同名静态成员处理方式和非静态处理方式一样,只不过有两种访问的方式(通过对象 和 通过类名) #### 4.6.7 多继承语法 C++允许**一个类继承多个类** 语法:` class 子类 :继承方式 父类1 , 继承方式 父类2...` 多继承可能会引发父类中有同名成员出现,需要加作用域区分 **C++实际开发中不建议用多继承** **示例:** ```C++ class Base1 { public: Base1() { m_A = 100; } public: int m_A; }; class Base2 { public: Base2() { m_A = 200; //开始是m_B 不会出问题,但是改为mA就会出现不明确 } public: int m_A; }; //语法:class 子类:继承方式 父类1 ,继承方式 父类2 class Son : public Base2, public Base1 { public: Son() { m_C = 300; m_D = 400; } public: int m_C; int m_? }; //多继承容易产生成员同名的情况 //通过使用类名作用域可以区分调用哪一个基类的成员 void test01() { Son s; cout <<"sizeof Son = " <总结: 多继承中如果父类中出现了同名情况,子类使用时候要加作用域 #### 4.6.8 菱形继承 **菱形继承概念:** ​ 两个派生类继承同一个基类 ​ 又有某个类同时继承者两个派生类 ​ 这种继承被称为菱形继承,或者钻石继承 **典型的菱形继承案例:** 总结:C++开发提倡利用多态设计程序架构,因为多态优点很多 #### 4.7.3 纯虚函数和抽象类 在多态中,通常父类中虚函数的实现是毫无意义的,主要都是调用子类重写的内容 因此可以将虚函数改为**纯虚函数** 纯虚函数语法:`virtual 返回值类型 函数名 (参数列表)= 0 ;` 当类中有了纯虚函数,这个类也称为==抽象类== **抽象类特点**: * 无法实例化对象 * 子类必须重写抽象类中的纯虚函数,否则也属于抽象类 **示例:** ```C++ class Base { public: //纯虚函数 //类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类 //抽象类无法实例化对象 //子类必须重写父类中的纯虚函数,否则也属于抽象类 virtual void func() = 0; }; class Son :public Base { public: virtual void func() { cout <<"func调用" < **示例:** ```C++ //抽象制作饮品 class AbstractDrinking { public: //烧水 virtual void Boil() = 0; //冲泡 virtual void Brew() = 0; //倒入杯中 virtual void PourInCup() = 0; //加入辅料 virtual void PutSomething() = 0; //规定流程 void MakeDrink() { Boil(); Brew(); PourInCup(); PutSomething(); } }; //制作咖啡 class Coffee : public AbstractDrinking { public: //烧水 virtual void Boil() { cout <<"煮农夫山泉!" <buf) //{ // cout < 最后于 2023-3-12 被大理寺少卿编辑 ,原因:

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