C++入门知识点总结——面向对象/高级编程

C++ 在 C 语言的基础上增加了面向对象编程，C++ 支持面向对象程序设计。类是 C++ 的核心特性，通常被称为用户定义的类型。

1.面向对象：

• 类&对象：类用于指定对象的形式，它包含了数据表示法和用于处理数据的方法。类中的数据和方法称为类的成员。函数在一个类中被称为类的成员。

类的定义：类定义是以关键字class开头，后跟类的名称。

class Box
{
   public:
      double length;   // 盒子的长度
      double breadth;  // 盒子的宽度
      double height;   // 盒子的高度
};

定义类的对象：类提供了对象的蓝图，所以基本上，对象是根据类来创建的。

Box Box1;          // 声明 Box1，类型为 Box
Box Box2;          // 声明 Box2，类型为 Box

访问数据成员：类的对象的公共数据成员可以使用直接成员访问运算符 (.) 来访问。

Box1.height = 5.0; 

类的成员函数：类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数，就像类定义中的其他变量一样。类成员函数是类的一个成员，它可以操作类的任意对象，可以访问对象中的所有成员。

class Box
{
   public:
      double length;         // 长度
      double breadth;        // 宽度
      double height;         // 高度
      double getVolume(void);// 返回体积
};

类的访问修饰符：public/private/protected。

构造函数：类的构造函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次创建类的新对象时执行。构造函数的名称与类的名称是完全相同的，并且不会返回任何类型，也不会返回 void。构造函数可用于为某些成员变量设置初始值。

class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line();  // 这是构造函数
 
   private:
      double length;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(void)
{
    cout << "Object is being created" << endl;
}
 
void Line::setLength( double len )
{
    length = len;
}

使用初始化列表来初始化字段：

Line::Line( double len): length(len)
{
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

//类同与如上语法
Line::Line( double len)
{
    length = len;
    cout << "Object is being created, length = " << len << endl;
}

类的析构函数：类的析构函数是类的一种特殊的成员函数，它会在每次删除所创建的对象时执行。析构函数的名称与类的名称是完全相同的，只是在前面加了个波浪号（~）作为前缀，它不会返回任何值，也不能带有任何参数。析构函数有助于在跳出程序（比如关闭文件、释放内存等）前释放资源。

class Line
{
   public:
      void setLength( double len );
      double getLength( void );
      Line();   // 这是构造函数声明
      ~Line();  // 这是析构函数声明
 
   private:
      double length;
};
 
// 成员函数定义，包括构造函数
Line::Line(void)
{
    cout << "Object is being created" << endl;
}
Line::~Line(void)
{
    cout << "Object is being deleted" << endl;
}

C++类的拷贝函数：一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。通常用于：通过使用另一个同类型的对象来初始化新创建的对象；复制对象把它作为参数传递给函数；复制对象，并从函数返回这个对象。

如果在类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自行定义一个。如果类带有指针变量，并有动态内存分配，则它必须有一个拷贝构造函数。拷贝构造函数的最常见形式如下：

class Line
{
   public:
      int getLength( void );
      Line( int len );             // 简单的构造函数
      Line( const Line &obj);      // 拷贝构造函数
      ~Line();                     // 析构函数
 
   private:
      int *ptr;
};

Line::Line(const Line &obj)
{
    cout << "调用拷贝构造函数并为指针 ptr 分配内存" << endl;
    ptr = new int;
    *ptr = *obj.ptr; // 拷贝值
}

C++类友元函数：类的友元函数是定义在类外部，但有权访问类的所有私有（private）成员和保护（protected）成员。尽管友元函数的原型有在类的定义中出现过，但是友元函数并不是成员函数。友元可以是一个函数，该函数被称为友元函数；友元也可以是一个类，该类被称为友元类，在这种情况下，整个类及其所有成员都是友元。如果要声明函数为一个类的友元，需要在类定义中该函数原型前使用关键字friend。

class Box
{
   double width;
public:
   double length;
   friend void printWidth( Box box );
   void setWidth( double wid );
};

C++内联函数：通常与类一起使用。如果一个函数是内联的，那么在编译时，编译器会把该函数的代码副本放置在每个调用该函数的地方。对内联函数进行任何修改，都需要重新编译函数的所有客户端，因为编译器需要重新更换一次所有的代码，否则将会继续使用旧的函数。如果想把一个函数定义为内联函数，则需要在函数名前面放置关键字 inline，在调用函数之前需要对函数进行定义。如果已定义的函数多于一行，编译器会忽略 inline 限定符。在类定义中的定义的函数都是内联函数，即使没有使用 inline 说明符。

C++中的this指针：每一个对象都能通过 this 指针来访问自己的地址。this 指针是所有成员函数的隐含参数。因此，在成员函数内部，它可以用来指向调用对象。友元函数没有 this 指针，因为友元不是类的成员。只有成员函数才有 this 指针。

C++中指向类的指针：一个指向 C++ 类的指针与指向结构的指针类似，访问指向类的指针的成员，需要使用成员访问运算符 ->，就像访问指向结构的指针一样。与所有的指针一样，必须在使用指针之前，对指针进行初始化。

C++类的静态成员：可以使用 static 关键字来把类成员定义为静态的。当我们声明类的成员为静态时，这意味着无论创建多少个类的对象，静态成员都只有一个副本。

 

2.继承：

继承允许我们依据另一个类来定义一个类，这使得创建和维护一个应用程序变得更容易。这样做，也达到了重用代码功能和提高执行效率的效果。当创建一个类时，您不需要重新编写新的数据成员和成员函数，只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类，新建的类称为派生类。

• 基类&派生类：一个类可以派生自多个类，这意味着，它可以从多个基类继承数据和函数；

// 基类
class Shape 
{
   public:
      void setWidth(int w)
      {
         width = w;
      }
      void setHeight(int h)
      {
         height = h;
      }
   protected:
      int width;
      int height;
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};

• 访问控制&继承：

派生类可以访问基类中所有的非私有成员。因此基类成员如果不想被派生类的成员函数访问，则应在基类中声明为 private。

一个派生类继承了所有的基类方法，除了：基类的构造函数/析构函数/拷贝函数；基类的重载运算符；基类的友元函数。

• 继承类型：当一个类派生自基类，该基类可以被继承为 public、protected 或 private 几种类型。
• 多继承：多继承即一个子类可以有多个父类，它继承了多个父类的特性。

// 基类 PaintCost
class PaintCost 
{
   public:
      int getCost(int area)
      {
         return area * 70;
      }
};
 
// 派生类
class Rectangle: public Shape, public PaintCost
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};

 

3.重载运算符&重载函数：

C++允许在同一个作用域中某个运算符和函数指定多重定义，称之为运算符重载和函数重载。重载声明是指一个与之前已经在该作用域内声明过的函数或方法具有相同名称的声明，但是它们的参数列表和定义（实现）不相同。

• 函数重载：在同一个作用域内，可以声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同。
• 运算符重载：重载的运算符是带有特殊名称的函数，函数名是由关键字 operator 和其后要重载的运算符符号构成的。与其他函数一样，重载运算符有一个返回类型和一个参数列表。

#include <iostream>
using namespace std;
 
class Distance
{
   private:
      int feet;             // 0 到无穷
      int inches;           // 0 到 12
   public:
      // 所需的构造函数
      Distance(){
         feet = 0;
         inches = 0;
      }
      Distance(int f, int i){
         feet = f;
         inches = i;
      }
      // 显示距离的方法
      void displayDistance()
      {
         cout << "F: " << feet << " I:" << inches <<endl;
      }
      // 重载负运算符（ - ）
      Distance operator- ()  
      {
         feet = -feet;
         inches = -inches;
         return Distance(feet, inches);
      }
};
int main()
{
   Distance D1(11, 10), D2(-5, 11);
 
   -D1;                     // 取相反数
   D1.displayDistance();    // 距离 D1
 
   -D2;                     // 取相反数
   D2.displayDistance();    // 距离 D2
 
   return 0;
}

不能重载的运算符：成员访问运算符（.）/成员指针访问运算符（.*/->*）/域运算符（::）/长度运算符（sizeof）/条件运算符（?:）/预处理运算符（#）。

 

4.C++多态：

C++ 多态意味着调用成员函数时，会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数。

• 虚函数：是在基类中使用关键字virtual声明的函数。在派生类中重新定义基类中定义的虚函数时，会告诉编译器不要静态链接到该函数。想要的是在程序中任意点可以根据所调用的对象类型来选择调用的函数，这种操作被称为动态连接，或后期绑定。
• 纯虚函数：想要在基类中定义虚函数，以便在派生类中重新定义该函数更好地适用于对象，但是您在基类中又不能对虚函数给出有意义的实现，这个时候就会用到纯虚函数。

 

5.数据抽象：

只向外界提供关键信息，并隐藏其后台的实现细节，即只表现必要的信息而不呈现细节。

 

6.数据封装：

封装是面向对象编程中的把数据和操作数据的函数绑定在一起的一个概念，这样能避免受到外界的干扰和误用，从而确保了安全。数据封装引申出了另一个重要的 OOP 概念，称数据隐藏。数据封装是一种把数据和操作数据的函数捆绑在一起的机制，数据抽象一种仅向用户暴露接口而把具体的实现细节隐藏起来的机制。

 

7.C++接口（抽象类）：

接口描述了类的行为和功能，而不需要完成类的特定实现。C++ 接口是使用抽象类来实现的，抽象类与数据抽象互不混淆，数据抽象是一个把实现细节与相关的数据分离开的概念。

 

8.C++文件和流：

C++ 中标准库fstream定义的三种数据类型：

数据类型	描述
ofstream	该数据类型表示输出文件流，用于创建文件并向文件写入信息。
ifstream	该数据类型表示输入文件流，用于从文件读取信息。
fstream	该数据类型通常表示文件流，且同时具有 ofstream 和 ifstream 两种功能，这意味着它可以创建文件，向文件写入信息，从文件读取信息。

• 打开文件：在从文件读取信息或者向文件写入信息之前，必须先打开文件。

open() 函数的标准语法，open() 函数是 fstream、ifstream 和 ofstream 对象的一个成员：

void open(const char *filename, ios::openmode mode);

open() 成员函数的第一参数指定要打开的文件的名称和位置，第二个参数定义文件被打开的模式。

模式标志	描述
ios::app	追加模式。所有写入都追加到文件末尾。
ios::ate	文件打开后定位到文件末尾。
ios::in	打开文件用于读取。
ios::out	打开文件用于写入。
打开文件用于写入。	如果该文件已经存在，其内容将在打开文件之前被截断，即把文件长度设为 0。

• 关闭文件：当 C++ 程序终止时，它会自动关闭刷新所有流，释放所有分配的内存，并关闭所有打开的文件。

void close();

• 写入文件：使用流插入运算符（ << ）向文件写入信息，就像使用该运算符输出信息到屏幕上一样。唯一不同的是，在这里您使用的是ofstream 或fstream对象，而不是cout对象。
• 读取文件：使用流提取运算符（ >> ）从文件读取信息，就像使用该运算符从键盘输入信息一样。唯一不同的是，在这里您使用的是ifstream或fstream对象，而不是cin对象。
• 文件位置指针：istream和ostram都提供了用于重新定位文件位置指针的成员函数。这些成员函数包括关于 istream 的seekg（"seek get"）和关于 ostream 的seekp"seek put"）。

// 定位到 fileObject 的第 n 个字节（假设是 ios::beg）
fileObject.seekg( n );
 
// 把文件的读指针从 fileObject 当前位置向后移 n 个字节
fileObject.seekg( n, ios::cur );
 
// 把文件的读指针从 fileObject 末尾往回移 n 个字节
fileObject.seekg( n, ios::end );
 
// 定位到 fileObject 的末尾
fileObject.seekg( 0, ios::end );

 

9.C++异常处理：

异常是程序在执行期间产生的问题。C++ 异常是指在程序运行时发生的特殊情况，比如尝试除以零的操作。

throw：当问题出现时，程序会抛出一个异常。这是通过使用throw关键字来完成的；

try：try块中的代码标识将被激活的特定异常。它后面通常跟着一个或多个 catch 块；

catch：在您想要处理问题的地方，通过异常处理程序捕获异常。

• 抛出异常：

double division(int a, int b)
{
   if( b == 0 )
   {
      throw "Division by zero condition!";
   }
   return (a/b);
}

• 捕获异常：

try
{
   // 保护代码
}catch( ExceptionName e )
{
  // 处理 ExceptionName 异常的代码
}

• C++标准异常：C++ 提供了一系列标准的异常，定义在<exception>中，我们可以在程序中使用这些标准的异常。
• 定义新的异常：通过继承和重载exception类来定义新的异常。

struct MyException : public exception
{
  const char * what () const throw ()
  {
    return "C++ Exception";
  }
};

 

10.C++动态内存：

• 栈：在函数内部声明的所有变量都将占用栈内存；
• 堆：这是程序中未使用的内存，在程序运行时可用于动态分配内存。
• new&delete运算符：

使用new运算符来为任意的数据类型动态分配内存，malloc()函数在 C 语言中就出现了，在 C++ 中仍然存在，但建议尽量不要使用 malloc() 函数。new 与 malloc() 函数相比，其主要的优点是，new 不只是分配了内存，它还创建了对象.

使用 delete 操作符释放它所占用的内存

double* pvalue  = NULL; // 初始化为 null 的指针
pvalue  = new double;   // 为变量请求内存
double* pvalue1  = NULL;
if( !(pvalue1  = new double ))
{
   cout << "Error: out of memory." <<endl;
   exit(1);
 
}

delete pvalue;        // 释放 pvalue 所指向的内存

• 数据的动态内存分配：

// 动态分配,数组长度为 m
int *array=new int [m];
 
//释放内存
delete [] array;

int **array
// 假定数组第一维长度为 m， 第二维长度为 n
// 动态分配空间
array = new int *[m];
for( int i=0; i<m; i++ )
{
    array[i] = new int [n]  ;
}
//释放
for( int i=0; i<m; i++ )
{
    delete [] array[i];
}
delete [] array;

• 对象的动态内存分配：对象与简单的数据类型一样。

 

11.命名空间：

• 定义命名空间：命名空间的定义使用关键字namespace，后跟命名空间的名称。

namespace namespace_name {
   // 代码声明
}

• 调用：为了调用带有命名空间的函数或变量，需要在前面加上命名空间的名称。

name::code;  // code 可以是变量或函数

• using指令：可以使用using namespace指令，这样在使用命名空间时就可以不用在前面加上命名空间的名称。这个指令会告诉编译器，后续的代码将使用指定的命名空间中的名称。
• 不连续的命名空间：命名空间可以定义在几个不同的部分中，因此命名空间是由几个单独定义的部分组成的。一个命名空间的各个组成部分可以分散在多个文件中。所以，如果命名空间中的某个组成部分需要请求定义在另一个文件中的名称，则仍然需要声明该名称。
• 嵌套的命名空间：命名空间可以嵌套，您可以在一个命名空间中定义另一个命名空间。

namespace namespace_name1 {
   // 代码声明
   namespace namespace_name2 {
      // 代码声明
   }
}

// 访问 namespace_name2 中的成员
using namespace namespace_name1::namespace_name2;
 
// 访问 namespace:name1 中的成员
using namespace namespace_name1;

 

12.C++模版：

模板是泛型编程的基础，泛型编程即以一种独立于任何特定类型的方式编写代码。

• 函数模版：

#include <iostream>
#include <string>
 
using namespace std;
 
template <typename T>
inline T const& Max (T const& a, T const& b) 
{ 
    return a < b ? b:a; 
} 
int main ()
{
 
    int i = 39;
    int j = 20;
    cout << "Max(i, j): " << Max(i, j) << endl; 
 
    double f1 = 13.5; 
    double f2 = 20.7; 
    cout << "Max(f1, f2): " << Max(f1, f2) << endl; 
 
    string s1 = "Hello"; 
    string s2 = "World"; 
    cout << "Max(s1, s2): " << Max(s1, s2) << endl; 
 
   return 0;
}

• 类模版：

 

13.C++预处理器：

预处理器是一些指令，指示编译器在实际编译之前所需完成的预处理。

所有的预处理器指令都是以井号（#）开头，只有空格字符可以出现在预处理指令之前。预处理指令不是 C++ 语句，所以它们不会以分号（;）结尾。

• #define预处理：

#define PI 3.14159

• 参数宏：

#define MIN(a,b) (a<b ? a : b)

• 条件编译：

#ifdef NULL
   #define NULL 0
#endif

#ifdef DEBUG
   cerr <<"Variable x = " << x << endl;
#endif

• #和##运算符：# 和 ## 预处理运算符在 C++ 和 ANSI/ISO C 中都是可用的。# 运算符会把 replacement-text 令牌转换为用引号引起来的字符串；## 运算符用于连接两个令牌。
• C++中的预定义宏：

宏	描述
__LINE__	这会在程序编译时包含当前行号。
__FILE__	这会在程序编译时包含当前文件名。
__DATE__	这会包含一个形式为 month/day/year 的字符串，它表示把源文件转换为目标代码的日期。
__TIME__	这会包含一个形式为 hour:minute:second 的字符串，它表示程序被编译的时间。

 

14.C++信号处理：

信号是由操作系统传给进程的中断，会提早终止一个程序。有些信号不能被程序捕获，但是下表所列信号可以在程序中捕获，并可以基于信号采取适当的动作。这些信号是定义在 C++ 头文件 <csignal> 中：

信号	描述
SIGABRT	程序的异常终止，如调用 abort。
SIGFPE	错误的算术运算，比如除以零或导致溢出的操作。
SIGILL	检测非法指令。
SIGINT	程序终止(interrupt)信号。
SIGSEGV	非法访问内存。
SIGTERM	发送到程序的终止请求。

• signal()函数：C++ 信号处理库提供了signal函数，用来捕获突发事件。这个函数接收两个参数：第一个参数是一个整数，代表了信号的编号；第二个参数是一个指向信号处理函数的指针。

void (*signal (int sig, void (*func)(int)))(int);

void signalHandler( int signum )
{
    cout << "Interrupt signal (" << signum << ") received.\n";
 
    // 清理并关闭
    // 终止程序  
 
   exit(signum);  
 
}
 
int main ()
{
    // 注册信号 SIGINT 和信号处理程序
    signal(SIGINT, signalHandler);  
 
    while(1){
       cout << "Going to sleep...." << endl;
       sleep(1);
    }
 
    return 0;
}

• raise()函数：使用函数raise()生成信号，该函数带有一个整数信号编号作为参数。sig是要发送的信号的编号，这些信号包括：SIGINT、SIGABRT、SIGFPE、SIGILL、SIGSEGV、SIGTERM、SIGHUP。

int raise (signal sig);

 

15.C++多线程：

多线程是多任务处理的一种特殊形式，多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。一般情况下，两种类型的多任务处理。

基于进程的多任务处理是程序的并发执行；

基于线程的多任务处理是同一程序的片段的并发执行。

多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程，每个线程定义了一个单独的执行路径。

• 创建线程：

#include <pthread.h>
pthread_create (thread, attr, start_routine, arg) 

参数	描述
thread	指向线程标识符指针。
attr	一个不透明的属性对象，可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象，也可以使用默认值 NULL。
start_routine	线程运行函数起始地址，一旦线程被创建就会执行。
arg	运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数，则使用 NULL。

• 终止线程：

#include <pthread.h>
pthread_exit (status)

#include <iostream>
// 必须的头文件
#include <pthread.h>
 
using namespace std;
 
#define NUM_THREADS 5
 
// 线程的运行函数
void* say_hello(void* args)
{
    cout << "Hello Runoob！" << endl;
    return 0;
}
 
int main()
{
    // 定义线程的 id 变量，多个变量使用数组
    pthread_t tids[NUM_THREADS];
    for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
    {
        //参数依次是：创建的线程id，线程参数，调用的函数，传入的函数参数
        int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
        if (ret != 0)
        {
           cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
        }
    }
    //等各个线程退出后，进程才结束，否则进程强制结束了，线程可能还没反应过来；
    pthread_exit(NULL);
}

• 向线程传递参数：
• 连接和分离线程：pthread_join() 子程序阻碍调用程序，直到指定的 threadid 线程终止为止。当创建一个线程时，它的某个属性会定义它是否是可连接的（joinable）或可分离的（detached）。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的，则它永远也不能被连接。

pthread_join (threadid, status) 
pthread_detach (threadid)