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);
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> //文本文件 读文件 class Person { public: char m_Name[64]; //姓名 int m_Age; //年龄 }; void test01() { //2、创建流对象 ifstream ifs; //3、打开文件 判断文件是否打开成功 ifs.open("person.txt", ios::in | ios::binary); if (!ifs.is_open()) { cout << "文件打开失败" << endl; return; } //4、读文件 Person p; ifs.read((char*)&p, sizeof(Person)); cout << "姓名:" << p.m_Name << endl; cout << "年龄:" << p.m_Age << endl; //5、关闭文件 ifs.close(); } int main() { test01(); system("pause"); return 0; }
注意:文件输入流对象 可以通过read函数,以二进制方式读数据