侯捷C++面向对象程序设计笔记(上)-Object Based(基于对象)部分

news2024/12/29 5:18:38

基于对象就是对于单一class的设计。
对于有指针的：complex.h complex-test.cpp
对于没有指针的： string.h string-test.cpp

https://blog.csdn.net/ncepu_Chen/article/details/113843775?spm=1001.2014.3001.5501#commentBox

没有指针成员——以复数complex类为例

头文件的写法

从下图可以看到，头文件由四个部分组成：

  • 防卫式声明 即头文件的最上面两行和最下面两行
  • 前置声明
  • 类的声明
  • 类的定义
    在这里插入图片描述

类的声明

这里以构造复数类为例，可以看到这个类中明显的有数据和函数两部分。对于数据部分，这里定义的是double类。
在这里插入图片描述

a. 模板

如果我需要不同类型(如int,float)怎么办呢？难道每次都重新写一次？为了偷懒(不是)，就引出了模板template概念。
模板的好处就是： 写类的时候不用把类型给固定下来，可以后面用的时候再指定类型。用模板就是先告诉编译器，还没有决定用哪个类型，类型由使用者之后决定。（模板的延伸很多，之后的讲解还是以double的情况来说）
在这里插入图片描述

b. 内联函数

定义内联函数有两种方式：

1）在类声明内定义的函数,自动成为inline函数2）在类声明外定义的函数,并加上inline关键字
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

由程序员定义的inline只是一种建议，至于是不是真正的inline，还得要编译器说了算(不能太复杂，要在编译器的能力范围之内)。

c. 访问级别

分为三类： public，private，protected
一般来说，数据只能供类内部使用，应该设置为private，而函数可以只被内部或者被外部使用。对于复数类的例子，在主函数中通过对象直接调取private的数据成员就是错误的。类的

构造函数

当想创建一个对象的时候，就会自动调用构造函数：

complex c1(2,1);				// 创建一个对象，实部2，虚部1 
complex c2;						// 创建一个对象，但没有给参数
complex* p = new complex(4);	// complex(4, 0) 用动态方式创建一个复数

构造函数有几个特点：

  • 写法比较独特，名称一定是和函数类的名称相同；

  • 构造函数是可以有参数的，比如实部和虚部；

  • 构造函数可以自带默认参数(其他函数也可以)，在创建对象时如果没指定参数，就按照默认参数创建。

  • 构造函数是没有返回类型的，因为它就是想要构造一个特定的class，已经固定下来了

  • 只有构造函数有初始化列表的写法：在这里插入图片描述一个变量的设定可以分为两个阶段，一为初始化阶段，二为赋值阶段；如果写成图中右上角的赋值方式，相当于放弃使用初始化列表，这样效率会低一些，不要这么写。

  • 构造函数可以有多个，即可以进行函数重载overloading(普通函数也可以)。因为编译器是会综合函数名，函数参数个数，参数类型和返回类型来判断要调用哪个函数的。另外，构造函数的重载是很常见的。

    double real () const {return re;}
void real(double r)  { re = r;}   //重载，注意这里不能有const

    那么下面这种写法正确吗？
    在这里插入图片描述
    答案是：不对。如果创建对象的时候不给参数，那么①可以被调用，因为有默认参数，但②也可以被调用，编译器无法选择，所以这两个不能同时存在。

    补充：对应于构造函数，还有析构函数，一般对于不带指针的类，不需要特别去写析构函数

构造函数可以写进private中吗？

如果构造函数被写进private中，就不可以在外部构造对象。这和我们最初对类与对象的认知有一点出入，但是在设计模式中的确是有这种情况的，即单例模式。此时是通过调用A类的函数，从而间接的创建对象。
在这里插入图片描述

常量成员函数

对于不会改变数据成员内容的函数，要加上const（在函数内容大括号的前面），这里就相当于告诉编译器，这是不会变的。
在这里插入图片描述
如果去掉了图中的const, 再用下图中的方法来调用实部，虚部，就会报错：

//这里表示对象的内容是不会变的，但调用的real()函数没有const
//编译器就会理解为这里是可能会变的，这就与const complex造成了矛盾，报错
const complex c1(2,1);  
cout << c1.real();
cout << c1.imag();

参数传递

在这里插入图片描述图中涉及到了三种传参的方式：传值，传引用，传引用const。
为了提高效率,尽可能使用引用传递参数, 可以避免对参数的复制。如果在函数内不想对变量进行修改，那么就要传引用const。

返回值传递

在这里插入图片描述
和上一点相似，返回值也尽量使用引用形式返回。如果要返回的值只是这个函数中的一个局部变量/临时变量，那就一定要用传值来返回。（出了大括号之后就没有生命周期，返回时会报错）比如下面代码，必须要传值返回, 因为返回的必定是个临时对象（没有给名称）：

inline complex operator + (const complex& x, const complex& y){
    return complex(real(x)+real(y), imag(x)+imag(y)); 
}

inline complex operator + (const complex& x, const complex& y){
    return complex(real(x)+real(y), imag(x)+imag(y)); 
}

inline complex operator + (const complex& x, const complex& y){
    return complex(real(x)+real(y), imag(x)+imag(y)); 
}

{
    int(7);     //临时变量
    complex c1(2,1);
    complex c2;
    complex();  //临时变量
    complex(4,5);  //临时变量，标准库用的较多
    cout << complex(2);  //临时变量
}

友元

把数据成员设置成private,就是想对其进行封装，外界只能通过public函数间接来取数据。但这里有一种特殊情况：被设置成友元的函数，就可以直接调取私有数据，这比通过公有函数效率更高一点。在这里插入图片描述
相同class的各个对象互为友元，这句话就可以解释下面这个用法为何是成立的。也可以说，在类定义内可以访问其他对象的私有变量。
在这里插入图片描述

complex c1(2,1);
complex c2;
c2.func(c1);   //c1，c2是同一个类，这样是可以的

操作符重载

操作符重载允许我们对操作符，如加减乘除，进行重新定义。操作符重载有两种写法：

1）对成员函数重载： 会把重载的符号作用在左操作数，有this2）对全局函数重载：没有this
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

对于成员函数：
所有的成员函数一定带着一个隐藏参数this指针, 这个this(指针)指向调用这个函数的调用者。代码中参数部分不可以写这个this，但是在函数内部可以用this。图中，会把c2的地址传到this指针中。

对于上图中的complex::operator += ，其返回类型设置为complex&，是为了可以处理连续赋值的情况：

//从右向左， c1加到c2之后，还要返回一个结果加到c3上
c3 += c2 += c1;

传递者不需要直到接受者是以引用形式接受？？??我不理解 https://zhuanlan.zhihu.com/p/98355681

对于非成员函数：
如由上图所示，为了应付三种加法，这里要写三种函数。注意这里的返回值一定不能用引用，因为return的都是临时变量。
有的时候，运算符重载是必须写在非成员函数中的，举3个例子：
1）右上图的第二种和第三种写法, 表示的是“复数+double”和“double+复数”，这个是成员函数的写法不能表示的，因为左操作数不是复数！
2）只有一个参数的时候：这里表示正负号
在这里插入图片描述3）对于特殊的操作符，比如<<，要把操作符重载设计成全局函数。因为ostream可能是很早之前就定义好的，我们无法提前知道他要输出的类型，不可能预先在成员函数中定义。
在这里插入图片描述这里的operator << 的返回类型也是考虑到连续输出，所以返回ostream&

总结：设计一个class要注意什么？

  • 使用构造函数的初始化列表
  • 对于不改变私有数据的成员函数，要加const
  • 尽量使用引用传值
  • 考虑好返回值的类型，为传值或传引用
  • 数据要放在private，函数大部分要放到public

复习complex类的实现过程

范例程序会比视频中的多很多，是以标准库的代码作为的示例。下面主要是梳理写代码的顺序，精简了一些代码。

  1. 防卫式定义
  2. 写class的头(名称+大括号)
  3. 复数类需要的数据，写入private
  4. 思考要使用的函数：
    构造函数(参数是否有默认值，传值/引用，初始化列表)；
    其他函数(以实现特定功能) - 注意这里可以是成员函数或全局函数（根据需要加inline）
    思考要不要给函数加const
    是否要在private加入友元函数
    考虑好函数的接口(参数，返回值的类型)，再考虑定义

有指针成员——以string为例

如果类中带有指针，那么拷贝函数一定不能用编译器自带的版本，要自己写。
由于字符串大小不一，用指针就有一种动态的感觉，不需要提前分配一个具体的大小。第二个函数就是拷贝构造函数，它接受的是自己这种类别的东西，看起来也是构造函数的感觉。第三个是重载操作符；第四个函数是析构函数。

对于有指针成员变量的类，一定要定义拷贝构造函数，拷贝赋值函数和析构函数

析构函数

在这里插入图片描述对于m_data数组内存，就要通过delete[]进行释放。图中右边的delete是为了释放指针变量p。

拷贝构造函数

为什么要自己写拷贝构造函数？
因为默认的拷贝构造函数是浅拷贝，如下图所示，要把a拷贝给b。这就会带来两个问题，一是原来b指向的字符串此时没有任何指针指向它，成了孤儿，可能会造成内存泄露的问题；二是此时a和b都指向了同一个字符串，如果改变了a，那么b也会跟着变。
在这里插入图片描述拷贝构造函数的写法为：这里是新分配了内存，把拷贝的内容放入这里
在这里插入图片描述

拷贝赋值函数

在这里插入图片描述
分为四步：

  1. 检测自我赋值（对于自己给自己赋值的情况，如果不加这一步就会出错）
  2. 删除原有的指针成员的内存 (主要是删除了这一步)
  3. 重新给指针成员分配内存，和要赋值的内容一样
  4. 赋值
    下图就是对于第一步的解释：如果发生了自我赋值但却没有检测，那么进行第二步的时候，指针成员的内存就都没有了，重新分配内存时大小就是0.
    在这里插入图片描述

堆heap，栈stack与内存管理

栈：是存在于某作用域(scope)的一块内存空间.例如当你调用函数,函数本身就会形成一个stack用来放置它所接收的参数以及返回地址。在函数本体内声明的任何变量,其所使用的内存块都取自上述stack.

堆：是指由操作系统提供的一块global内存空间，程序可动态分配从其中获得若干区块。

class Complex{...};
...
{
    //c1所占的空间来自栈
    Complex c1(1,2);  
    //Complex(3)是临时对象，其占用的空间是以new自堆动态分配而得，并由p指向
    Complex* p = new Complex(3);  
}
不同对象的生命期
stack objectsheap objects
在这里插入图片描述 c1就是stack object, 生命在作用域结束之后结束，这种作用域内的object又称为auto object，因为能被自动清除在这里插入图片描述p指向heap object, 生命在它被delete之后结束。如退出作用域时，没有delete，那p指针指向的区域仍存在，导致内存泄漏
static local objectsglobal objects
在这里插入图片描述c2就是static object, 生命在作用域(大括号范围)结束之后仍然存在，直到整个程序结束在这里插入图片描述c3为global object, 生命在整个程序结束后才结束，也可以视为一种static object，作用域是整个程序

使用new和delete时的内存分配过程

new先分配内存再调用构造函数delete先调用析构函数再释放内存
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

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