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？

#include<iostream>
using namespace std;
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_D;
};
void test01()
{
  cout << "sizeof Son = " << sizeof(Son) << endl;  //16,4个4
}
//利用开发人员命令提示工具查看对象模型
//跳转盘符 
//跳转文件路径：  cd 具体路径
//查看命名
//c1 /d1 reportSingleClassLayout类名 文件名
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

sizeof Son = 16
请按任意键继续. . .

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？构造先父后子

#include<iostream>
using namespace std;
//继承中的构造和析构顺序
class Base {
public:
  Base() {
    cout << "Base构造函数！" << endl;
  }
  ~Base() {
    cout << "Base析构函数！" << endl;
  }
};
class Son :public Base {
public:
  Son() {
    cout << "Son构造函数！" << endl;
  }
  ~Son() {
    cout << "Son析构函数！" << endl;
  }
};
void test01() {
  //Base b;
  //继承中的构造和析构的顺序：
  //构造：先父后子        析构相反
  Son s;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

Base构造函数！
Son构造函数！
Son析构函数！
Base析构函数！
请按任意键继续. . .

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

#include<iostream>
using namespace std;
//继承中同名成员处理
class Base {
public:
  Base() {
    m_A = 100;
  }
  void func() {
    cout << "Base的func函数调用" << endl;
  }
  void func(int a) {
    cout << "Base的带参func函数调用" << endl;
  }
  int m_A;
};
class Son :public Base {
public:
  Son() {
    m_A = 50;
  }
  void func() {
    cout << "Son的func函数调用" << endl;
  }
  void func(int a) {
    cout << "Son的带参func函数调用" << endl;
  }
  int m_A;
};
void test01() {
  Son s;
  cout << "子类中m_A：" << s.m_A << endl;
  cout << "父类中m_A：" << s.Base::m_A << endl;
}
void test02() {  //成员函数处理方式
  Son s;
  s.func();        //子类调用
  s.Base::func();  //父类调用
  //如果子类中出现和父类同名的成员函数，子类的同名成员函数会隐藏掉父类中所有同名成员函数
  s.func(100);
  s.Base::func(100);
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：

子类对象可以直接访问到子类中同名成员

子类对象加作用域可以访问到父类同名成员

当子类与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

4.6.6 继承同名静态成员处理方式

问题：继承中同名的静态成员在子类对象上如何进行访问？

静态成员和非静态成员出现同名，处理方式一致

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

#include<iostream>
using namespace std;
//继承中的同名静态成员处理方式
class Base {
public:
  static int m_A;
  static void func() {
    cout<<"Base下static void func调用" << endl;
  }
};
int Base::m_A = 100;
class Son :public Base {
public:
  static int m_A;
  static void func() {
    cout << "Son下static void func调用" << endl;
  }
};
int Son::m_A = 10;
//同名静态成员属性
void test01() {
  //1、通过对象访问数据
  Son s;
  cout << "1、通过对象访问数据" << endl;
  cout << "子类m_A：" << s.m_A << endl;
  cout << "父类m_A：" << s.Base::m_A << endl;
  cout << "\n";
  //2、通过类名访问数据
  cout << "2、通过类名访问数据" << endl;
  cout << "子类m_A：" << Son::m_A << endl;
  cout << "父类m_A：" << Son::Base::m_A << endl;
  cout << "\n";
}
//同名静态成员函数
void test02() {
  //1、通过对象访问
  cout << "1、通过对象访问静态函数" << endl;
  Son s;
  s.func();
  s.Base::func();
  cout << "\n";
  //2、通过类名访问
  cout << "2、通过类名访问静态函数" << endl;
  Son::func();
  Son::Base::func();
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

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

#include<iostream>
using namespace std;
//多继承语法
class Base1 {
public:
  Base1() {
    m_A = 100;
  }
  int m_A;
};
class Base2 {
public:
  Base2() {
    m_A = 200;
  }
  int m_A;
};
//多继承语法：  class Son : 继承方式 Base1, 继承方式 Base2
class Son :public Base1, public Base2 {
public:
  Son() {
    m_C = 300;
    m_D = 400;
  }
  int m_C;
  int m_D;
};
void test01() {
  Son s;
  cout << "sizeof(Son)：" << sizeof(Son) << endl;  //16
  cout << "Base1下m_A：" << s.Base1::m_A << endl;
  cout << "Base2下m_A：" << s.Base2::m_A << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

sizeof(Son)：16
Base1下m_A：100
Base2下m_A：200
请按任意键继续. . .

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：

菱形继承问题：

羊继承了动物的数据，驼同样继承了动物的数据，当草泥马使用数据时，就会产生二义性。

草泥马继承自动物的数据继承了两份，其实我们应该清楚，这份数据我们只需要一份就可以。

#include<iostream>
using namespace std;
//动物类   虚基类
class Animal {
public:
  int m_Age;
};
//羊类
class Sheep :virtual public Animal {
};
//驼类
class Tuo :virtual public Animal {
};
//羊驼类
class SheepTuo :public Sheep, public Tuo {
};
void test01() {
  SheepTuo st;
  st.Sheep::m_Age = 18;
  st.Tuo::m_Age = 28;
  //需要加作用域区分
  cout << "Sheep::age：" << st.Sheep::m_Age << endl;
  cout << "Tuo::age：" << st.Tuo::m_Age << endl;
  cout << "st.age：" << st.m_Age << endl;
  //灵性继承导致数据有两份，造成资源浪费
  //利用虚继承 可以解决菱形继承的问题
  cout << "sizeof(SheepTuo)：" << sizeof(SheepTuo) << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：

菱形继承带来的主要问题是子类继承两份相同的数据，导致资源浪费以及毫无意义

利用虚继承可以解决菱形继承问题

4.7 多态

4.7.1 多态的基本概念

多态是C++面向对象三大特性之一

多态分为两类

静态多态: 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: 派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态和动态多态区别：

静态多态的函数地址早绑定 - 编译阶段确定函数地址

动态多态的函数地址晚绑定 - 运行阶段确定函数地址

#include<iostream>
using namespace std;
//多态
//动物类
class Animal {
public:
  //虚函数
  virtual void speak() {
    cout << "动物在说话" << endl;
  }
};
//猫类
class Cat :public Animal {
public:
  void speak() {
    cout << "小猫在说话" << endl;
  }
};
//狗类
class Dog :public Animal {
public:
  void speak() {
    cout << "小狗在说话" << endl;
  }
};
//执行说话的函数
//地址早绑定 在编译阶段确定函数地址
//如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，即地址晚绑定
//动态多态的满足条件
//1、有继承关系
//2、子类要重写父类的虚函数
void doSpeak(Animal & animal) {  //Animal & animal = cat;
  animal.speak();
}
void test01() {
  Cat cat;
  doSpeak(cat);   //动物在说话
  Dog dog;
  doSpeak(dog);
}
void test02() {
  cout << "sizeof Animal = " << sizeof(Animal) << endl;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

小猫在说话
小狗在说话
请按任意键继续. . .

总结：

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

4.7.2 多态案例一-计算器类

案例描述：

分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类

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

#include<iostream>
using namespace std;
//分别利用普通写法和多态技术实现计算器
//普通写法
class Calculator {
public:
  int getResult(string oper) {
    if (oper == "+") {
      return m_Num1 + m_Num2;
    }
    else if (oper == "-") {
      return m_Num1 - m_Num2;
    }
    else if (oper == "*") {
      return m_Num1 * m_Num2;
    }
    //如果想开展新的功能，需要修改源码
    //在真是开发中 提倡  开闭原则
    //开闭原则：对扩展进行开放，对修改进行关闭
  }
  int m_Num1;
  int m_Num2;
};
void test01() {
  //创建一个计算器的对象
  Calculator c;
  c.m_Num1 = 10;
  c.m_Num2 = 20;
  cout << "加法结果：" << c.getResult("+") << endl;
  cout << "减法结果：" << c.getResult("-") << endl;
  cout << "乘法结果：" << c.getResult("*") << endl;
}
//利用多态实现计算器
//实现计算器抽象类
class AbstractCalcuiator {
public:
  virtual int getResult() {
    return 0;
  }
  int m_Num1;
  int m_Num2;
};
//加法计算器类
class AddCalculator :public AbstractCalcuiator {
public:
  int getResult() {
    return m_Num1 + m_Num2;
  }
};
//减法计算器类
class SubCalculator :public AbstractCalcuiator {
public:
  int getResult() {
    return m_Num1 - m_Num2;
  }
};
//乘法计算器类
class MulCalculator :public AbstractCalcuiator {
public:
  int getResult() {
    return m_Num1 * m_Num2;
  }
};
void test02() {
  //加法运算
  AbstractCalcuiator* abc = new AddCalculator;
  abc->m_Num1 = 10;
  abc->m_Num2 = 20;
  cout << "+：" << abc->getResult() << endl;
  //堆数据用完之后手动释放
  delete abc;
  //减法运算
  abc = new SubCalculator;
  abc->m_Num1 = 10;
  abc->m_Num2 = 10;
  cout << "-：" << abc->getResult() << endl;
  delete abc;
}
int main() {
  test01();
  test02();
  system("pause");
  return 0;
}

加法结果：30
减法结果：-10
乘法结果：200
+：30
-：0
请按任意键继续. . .

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

#include<iostream>
using namespace std;
//纯虚函数和抽象类
class Base {
public:
  //纯虚函数
  //只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
  //抽象类特点：1、无法实例化对象  2、抽象类子类必须重写父类中的纯虚函数
  virtual void func() = 0;
};
class Son :public Base {
public:
  void func() {
    cout << "func函数调用" << endl;
  }
};
void test01() {
  //Base b;    //抽象类无法实例化对象
  //new Base;  //抽象类无法实例化对象
  Son s;
  s.func();
  Base* base = new Son;
  base->func();
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

4.7.4 多态案例二-制作饮品

案例描述：制作饮品的大致流程为：煮水 - 冲泡 - 倒入杯中 - 加入辅料

利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
//多态案例2：制作饮品
class AbstractDrinking {
public: 
  //煮水
  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;
  //制作饮品
  void makeDrink() {
    Boil();
    Brew();
    PourInCup();
    PutSomething();
  }
};
//制作咖啡
class Coffee:public AbstractDrinking {
public:
  //煮水
  virtual void Boil() {
    cout << "煮农夫山泉" << endl;
  }
  //冲泡
  virtual void Brew() {
    cout << "冲泡咖啡" << endl;
  }
  //倒入杯中
  virtual void PourInCup() {
    cout << "倒入杯中" << endl;
  }
  //加入辅料
  virtual void PutSomething() {
    cout << "加入糖和牛奶" << endl;
  }
};
//茶叶
class Tea :public AbstractDrinking {
public:
  //煮水
  virtual void Boil() {
    cout << "煮矿泉水" << endl;
  }
  //冲泡
  virtual void Brew() {
    cout << "冲泡茶叶" << endl;
  }
  //倒入杯中
  virtual void PourInCup() {
    cout << "倒入杯中" << endl;
  }
  //加入辅料
  virtual void PutSomething() {
    cout << "加入柠檬" << endl;
  }
};
//制作函数
void doWork(AbstractDrinking* abs) {
  abs->makeDrink();
  delete abs;     //堆区数据手动开辟手动释放
}
void test01() {
  //制作咖啡
  doWork(new Coffee);
  cout << "\n";
  doWork(new Tea);
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

4.7.5 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，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码

解决方式：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

虚析构语法：virtual ~类名(){}

纯虚析构语法：

virtual ~类名() = 0;
类名::~类名(){}

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
//虚析函数和纯虚函数
class Animal {
public:
  Animal() {
    cout << "Animal构造函数调用" << endl;
  }
  利用虚析构可以解决 父类指针释放子类对象时不干净的问题
  //virtual ~Animal() {
  //  cout << "Animal虚析构函数调用" << endl;
  //}
  //纯虚析构  需要声明也需要实现
  //有了纯虚析构之后， 这个类也属于抽象类，无法实例化对象
  virtual ~Animal() = 0;
  virtual void speak() = 0;  //纯虚函数
};
Animal::~Animal() {
  cout << "Animal纯虚析构函数调用" << endl;
}
class Cat :public Animal {
public:
  Cat(string name) {
    cout << "Cat构造函数调用" << endl;
    m_Name = new string(name);   //什么时候释放？
  }
  virtual void speak() {
    cout << *m_Name<<"小猫在说话" << endl;
  }
  ~Cat() {
    if (m_Name != NULL) {
      cout << "Cat析构函数使用" << endl;
      delete m_Name;
      m_Name = NULL;
    }
  }
  string* m_Name;   //创建在堆区
};
void test01() {
  Animal* animal = new Cat("Tom");
  animal->speak();
  delete animal;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：

虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象

如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构

拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

4.7.6 多态案例三-电脑组装

案例描述：

电脑主要组成部件为 CPU（用于计算），显卡（用于显示），内存条（用于存储）

将每个零件封装出抽象基类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例如Intel厂商和Lenovo厂商

创建电脑类提供让电脑工作的函数，并且调用每个零件工作的接口

测试时组装三台不同的电脑进行工作

#include<iostream>
using namespace std;
//抽象不同零件类
//抽象CPU类
class CPU {
public:
  //抽象计算函数
  virtual void calculate() = 0;
};
//抽象显卡类
class VideoCard {
public:
  //抽象显示函数
  virtual void display() = 0;
};
//抽象内存条类
class Memory {
public:
  //抽象存储函数
  virtual void storage() = 0;
};
//电脑类
class Computer {
public:
  Computer(CPU* cpu, VideoCard* vc, Memory* mem) {
    m_cpu = cpu;
    m_vc = vc;
    m_mem = mem;
  }
  //提供工作的函数
  void work() {
    m_cpu->calculate();
    m_vc->display();
    m_mem->storage();
  }
  //提供析构函数 释放3个电脑零件
  ~Computer() {
    if (m_cpu != NULL) {
      delete m_cpu;
      m_cpu = NULL;
    }
    if (m_vc != NULL) {
      delete m_vc;
      m_vc = NULL;
    }
    if (m_mem != NULL) {
      delete m_mem;
      m_mem = NULL;
    }
  }
private:
  CPU* m_cpu;       //CPU零件的指针
  VideoCard* m_vc;  //显卡零件的指针
  Memory* m_mem;   //内存条零件的指针
};
//具体厂商
//Intel厂商
class IntelCPU :public CPU {
public:
  virtual void calculate() {
    cout << "Intel的CPU开始计算了" << endl;
  }
};
class IntelVideoCard :public VideoCard {
public:
  virtual void display() {
    cout << "Intel的显卡开始显示了" << endl;
  }
};
class IntelMemory :public Memory {
public:
  virtual void storage() {
    cout << "Intel的内存条开始存储了" << endl;
  }
};
//联想厂商
class LenovoCPU :public CPU {
public:
  virtual void calculate() {
    cout << "Lenovo的CPU开始计算了" << endl;
  }
};
class LenovoVideoCard :public VideoCard {
public:
  virtual void display() {
    cout << "Lenovo的显卡开始显示了" << endl;
  }
};
class LenovoMemory :public Memory {
public:
  virtual void storage() {
    cout << "Lenovo的内存条开始存储了" << endl;
  }
};
void test01() {
  //第一条电脑零件
  CPU* intelCpu = new IntelCPU;
  VideoCard* intelCard = new IntelVideoCard;
  Memory* intelMem = new IntelMemory;
  //创建第一台电脑
  cout << "第一台电脑开始工作" << endl;
  Computer* computer1 = new Computer(intelCpu, intelCard, intelMem);
  computer1->work();
  delete computer1;
  cout << "\n" << endl;
  cout << "第二台电脑开始工作" << endl;
  //创建第二台电脑
  Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoVideoCard, new LenovoMemory);
  computer2->work();
  delete computer2;
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

5 文件操作

程序运行时产生的数据都属于临时数据，程序一旦运行结束都会被释放

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< fstream>

文件类型分为两种：

文本文件：文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中

二进制文件：文件以文本的二进制形式存储在计算机中，用户一般不能直接读懂它们

操作文件的三大类:

ofstream：写操作

ifstream：读操作

fstream ：读写操作

5.1文本文件

5.1.1写文件

写文件步骤如下：

1、包含头文件#include <fstream>

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();

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

#include<iostream>
using namespace std;
//1、包含头文件fstream
#include<fstream>
//文本文件  写文件
void test01() {
  //2、创建流对象
  ofstream ofs;
  //3、指定打开方式
  ofs.open("test.txt", ios::out);
  //4、写内容
  ofs << "姓名：张三" << endl;
  ofs << "性别：男" << endl;
  ofs << "年龄：18" << endl;
  //5、关闭文件
  ofs.close();
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：

文件操作必须包含头文件 fstream

读文件可以利用 ofstream ，或者fstream类

打开文件时候需要指定操作文件的路径，以及打开方式

利用<<可以向文件中写数据

操作完毕，要关闭文件

5.1.2读文件

读文件与写文件步骤相似，但是读取方式相对于比较

读文件步骤如下：

1、包含头文件#include <fstream>

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

5、关闭文件ifs.close();

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
//1、包含头文件fstream
#include<fstream>
//文本文件  读文件
void test01() {
  //2、创建流对象
  ifstream ifs;
  //3、打开文件 并且判断是否打开成功
  ifs.open("test.txt", ios::in);
  if (!ifs.is_open())
  {
    cout << "文件打开失败" << endl;
    return;
  }
  //4、读数据
  //第一种
  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)) {  //要加#include<string>才有getline函数
  //  cout << buf << endl;
  //}
  //第四种   不太推荐，一个一个读，速度慢
  //char c;
  //while ( (c = ifs.get()) != EOF ) {   //EOF  end of file
  //  cout << c;
  //}
  //5、关闭文件
  ifs.close();
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：

读文件可以利用 ifstream ，或者fstream类

利用is_open函数可以判断文件是否打开成功

close 关闭文件

5.2 二进制文件

以二进制的方式对文件进行读写操作，打开方式要指定为 ios::binary

5.2.1 写文件

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

#include<iostream>
using namespace std;
//1、包含头文件
#include<fstream>
//二进制文件  写文件
class Person {
public:
  char m_Name[64];  //姓名
  int m_Age;        //年龄
};
void test01() {
  //2、创建流对象
  ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);
  //3、打开文件
  //ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);
  //4、写文件
  Person p = { "张三", 18 };
  ofs.write((const char*)&p, sizeof(Person));
  //5、关闭文件
  ofs.close();
}
int main() {
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

总结：文件输出流对象可以通过write函数，以二进制方式写数据

5.2.2 读文件

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);