C++面向對象

C++面向對象模型初探

C++對象模型可以概括爲以下2部分：

• 語言中直接支持面向對象程序設計的部分，主要涉及如構造函數、析構函數、虛函數、繼承（單繼承、多繼承、虛繼承）、多態等等。
• 對於各種支持的底層實現機制。

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• 在c語言中，“數據”和“處理數據的操作（函數）”是分開來聲明的，也就是說，語言本身並沒有支持“數據和函數”之間的關聯性。
• 在c++中，通過抽象數據類型（abstract data type，ADT），在類中定義數據和函數，來實現數據和函數直接的綁定。

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在C++類中有兩種成員數據：static、nonstatic；三種成員函數：static、nonstatic、virtual。

類、對象、成員變量、成員函數

類，是一個抽象數據類型
對象，我們用類去定義對象
成員變量，C++中用於表示類屬性的變量
成員函數，C++中用於表示類行爲的函數

封裝、多態、繼承

封裝

• 把屬性和方法進行封裝，對屬性和方法進行訪問控制
• 對類的訪問控制：
  • Public修飾成員變量和成員函數可以在類的內部和類的外部被訪問
  • Private修飾成員變量和成員函數只能在類的內部被訪問

struct 與 class的區別

• 在用struct定義類時，所有成員的默認屬性爲public
• 在用class定義類時，所有成員的默認屬性爲private

構造函數與析構函數

構造函數：

• constructor來處理對象的初始化
• 構造函數是一種特殊的成員函數，與其他成員函數不同，不需要用戶來調用它，而是在建立對象時自動執行。

constructor的調用

• 自動調用：一般情況下C++編譯器會自動調用構造函數
• 手動調用：在一些情況下則需要手工調用構造函數
• 沒有任何返回類型的聲明

析構函數：

• C++中的類可以定義一個特殊的成員函數清理對象，這個特殊的成員函數叫做析構函數
• 析構函數需要照顧對象的屬性的內存生命週期
• 析構函數沒有參數也沒有任何返回類型的聲明
• 析構函數在對象銷燬時自動被調用
• C++編譯器自動調用

copy構造函數

    Test4() //無參數構造函數
    {
        m_a = 0;
        m_b = 0;
        cout<<"無參數構造函數"<<endl;
    }
    Test4(int a, int b) //有參數構造函數 //3種方法
    {
        m_a = a;
        m_b = b;
        cout<<"有參數構造函數"<<endl;
    }
    //賦值構造函數 (copy構造函數) //
    Test4(const Test4& obj )
    {
        cout<<"我也是構造函數 " <<endl;
        m_b = obj.m_b + 100;
        m_a = obj.m_a + 100;
    }

默認構造函數

2個特殊的構造函數

• 默認無參構造函數
  當類中沒有定義構造函數時，編譯器默認提供一個無參構造函數，並且其函數體爲空
• 默認拷貝構造函數
  當類中沒有定義拷貝構造函數時，編譯器默認提供一個默認拷貝構造函數，簡單的進行成員變量的值複製

構造函數調用規則

• 當類中沒有定義任何一個構造函數時，c++編譯器會提供默認無參構造函數和默認拷貝構造函數
• 當類中定義了拷貝構造函數時，c++編譯器不會提供無參數構造函數
• 當類中定義了任意的非拷貝構造函數（即：當類中提供了有參構造函數或無參構造函數），c++編譯器不會提供默認無參構造函數
• 默認拷貝構造函數成員變量簡單賦值

總結：只要你寫了構造函數，那麼你必須用。

構造析構階段性總結

1. 構造函數是C++中用於初始化對象狀態的特殊函數
2. 構造函數在對象創建時自動被調用
3. 構造函數和普通成員函數都遵循重載規則
4. 拷貝構造函數是對象正確初始化的重要保證
5. 必要的時候，必須手工編寫拷貝構造函數

深copy與淺copy

淺拷貝

• 指針變量被賦值，但是指針變量所指向的內存空間未被賦值。

深拷貝

• 把對象的所有屬性值和內存空間都拷貝

淺拷貝原因

• 因爲obj2只是copy對象obj1的屬性值，和指針值，所以爲指針在堆區裏面再分配內存空間，即obj1與obj2的指針指向的內存空間是同一個，故在調用析構函數時，先析構掉obj2指針所指向的內存空間，這時obj1的指針就變爲了野指針。而再調用obj1的析構函數時，會發現指針指向的內存空間已經被析構掉了，這樣就會發生core dump。
  
  等號操作
  
  解決淺拷貝的辦法就是深拷貝，C++默認的拷貝構造函數與等號操作都是淺拷貝

對象初始化列表

• 如果我們有一個類成員，它本身是一個類或者是一個結構，而且這個成員它只有一個帶參數的構造函數，沒有默認構造函數。這時要對這個類成員進行初始化，就必須調用這個類成員的帶參數的構造函數，如果沒有初始化列表，那麼他將無法完成第一步，就會報錯。
  錯誤原因與淺拷貝原因一致
  解決辦法是重載等號操作符或者調用對象初始化列表
• 當類成員中含有一個const對象時，或者是一個引用時，他們也必須要通過成員初始化列表進行初始化，因爲這兩種對象要在聲明後馬上初始化，而在構造函數中，做的是對他們的賦值，這樣是不被允許的。

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語法規則
Constructor::Contructor() : m1(v1), m2(v1,v2), m3(v3)
{
// some other assignment operation
}

• 注意概念
  初始化：被初始化的對象正在創建
  賦值：被賦值的對象已經存在

注意

• 成員變量的初始化順序與聲明的順序相關，與在初始化列表中的順序無關
• 初始化列表先於構造函數的函數體執行

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class ABC{
public:
         ABC(int a, int b, int c)
         {
                  this->a = a;
                  this->b = b;
                  this->c = c;
                  printf("a:%d,b:%d,c:%d \n", a, b, c);
                  printf("ABC construct ..\n");
         }
         ~ABC()
         {
                  printf("a:%d,b:%d,c:%d \n", a, b, c);
                  printf("~ABC() ..\n");
         }
protected:
private:
         int a;
         int b;
         int c;
};
class MyD
{
public:
        //初始化成員列表
         MyD():abc1(1,2,3),abc2(4,5,6),m(100)
         //MyD()
         {
                  cout<<"MyD()"<<endl;
         }
         ~MyD()
         {
                  cout<<"~MyD()"<<endl;
         }
protected:
private:
         ABC abc1; //c++編譯器不知道如何構造abc1
         ABC abc2;
         const int m;
};
int main()

{
         MyD myD;
         return 0;
}

對象的動態建立與釋放

new 與 delete

• 在軟件開發過程中，常常需要動態地分配和撤銷內存空間，例如對動態鏈表中結點的插入與刪除。
• 在C語言中是利用庫函數malloc和free來分配和撤銷內存空間的。
• C++提供了較簡便而功能較強的運算符new和delete來取代malloc和free函數

注意new和delete是運算符，不是函數，因此執行效率高
new運算符的例子

new int;  //開闢一個存放整數的存儲空間，返回一個指向該存儲空間的地址(即指針)
new int(100);  //開闢一個存放整數的空間，並指定該整數的初值爲100，返回一個指向該存儲空間的地址new char[10];  //開闢一個存放字符數組(包括10個元素)的空間，返回首元素的地址
new int[5][4];  //開闢一個存放二維整型數組(大小爲5-4)的空間，返回首元素的地址；
float *p=new float (3.14159);  //開闢一個存放單精度數的空間，並指定該實數的初值爲//3.14159，將返回的該空間的地址賦給指針變量p

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new 與 delete 使用格式

類對象的動態建立與釋放

使用類名定義的對象都是靜態的，在程序運行過程中，對象所佔的空間是不能隨時釋放的。但有時人們希望在需要用到對象時才建立對象，在不需要用該對象時就撤銷它，釋放它所佔的內存空間以供別的數據使用

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C++中，可以用new運算符動態建立對象，用delete運算符撤銷對象
比如：

Box *pt;  //定義一個指向Box類對象的指針變量pt    
pt=new Box;  //在pt中存放了新建對象的起始地址在程序中就可以通過pt訪問這個新建的對象。
cout<<pt->height;  //輸出該對象的height成員    
cout<<pt->volume( );  //調用該對象的volume函數，計算並輸出體積

C++還允許在執行new時，對新建立的對象進行初始化.

Box *pt=new Box(12,15,18);

這種寫法是把上面兩個語句(定義指針變量和用new建立新對象)合併爲一個語句，並指定初值,這樣更精煉。
新對象中的height，width和length分別獲得初值12,15,18。調用對象既可以通過對象名，也可以通過指針。
在執行new運算時，如果內存量不足，無法開闢所需的內存空間，目前大多數C++編譯系統都使new返回一個0指針值。只要檢測返回值是否爲0，就可判斷分配內存是否成功。

ANSI C++標準提出，在執行new出現故障時，就“拋出”一個“異常”，用戶可根據異常進行有關處理。但C++標準仍然允許在出現new故障時返回0指針值。當前，不同的編譯系統對new故障的處理方法是不同的。
在不再需要使用由new建立的對象時，可以用delete運算符予以釋放.

delete pt; //釋放pt指向的內存空間
這就撤銷了pt指向的對象。此後程序不能再使用該對象。
如果用一個指針變量pt先後指向不同的動態對象，應注意指針變量的當前指向，以免刪錯了對象。在執行delete運算符時，在釋放內存空間之前，自動調用析構函數，完成有關善後清理工作。

靜態成員變量成員函數

靜態成員變量

• 關鍵字 static 可以用於說明一個類的成員，靜態成員提供了一個同類對象的共享機制
• 把一個類的成員說明爲 static 時，這個類無論有多少個對象被創建，這些對象共享這個 static 成員
• 靜態成員局部於類，它不是對象成員
  

#include<iostream>
using namespace std;
class  counter
{     
static  int  num ; //聲明與定義靜態數據成員
  public :
      void  setnum ( int i ) { num = i ; }        //成員函數訪問靜態數據成員
      void  shownum() { cout << num << '\t' ; }
} ;
int  counter :: num = 0 ;//聲明與定義靜態數據成員
void main ()
{   counter  a , b ;
    a.shownum() ; //調用成員函數訪問私有靜態數據成員
    b.shownum() ;
    a.setnum(10) ;
    a.shownum() ;
    b.shownum() ;
}

靜態成員函數

• 靜態成員函數數冠以關鍵字static
• 靜態成員函數提供不依賴於類數據結構的共同操作，它沒有this指針
• 在類外調用靜態成員函數用 “類名 :: ”作限定詞，或通過對象調用
  

疑難問題：靜態成員函數中，不能使用普通變量
靜態成員變量屬於整個類的，分不清楚，是那個具體對象的屬性。