c++學習筆記（四）

StaDark發表於2024-07-25

C++筆記

類 & 物件
- 封裝
  - 訪問許可權
- 類的建構函式&解構函式
  - 建構函式的分類及呼叫
    - 複製建構函式的呼叫時機
    - 建構函式呼叫規則
  - 深複製與淺複製
  - 初始化列表
  - 類物件作為類成員
  - 靜態成員
- C++物件模型和this指標
  - 成員變數和成員函式分開儲存
  - this指標概念
  - 空指標訪問成員函式
  - const修飾成員函式
- 友元
  - 全域性函式做友元
  - 類做友元
  - 成員函式做友元
- 運算子過載
  - 加號運算子過載
  - 左移運算子過載
  - 遞增 / 遞減運算子過載
  - 賦值運算子過載
  - 關係運算子過載
  - 函式呼叫運算子過載
- 繼承
  - 基本語法
  - 繼承方式
  - 構造和析構順序
  - 繼承同名成員處理方式
  - 多繼承
  - 菱形繼承
- 多型
  - 多型的基本概念
  - 多型案例（一）——計算器類
  - 純虛擬函式和抽象類
  - 多型案例（二）——飲品類
  - 虛析構和純虛析構
  - 多型案例（三）—— 電腦組裝

類 & 物件

c++物件導向的三大特徵為：封裝、繼承、多型

封裝

封裝的意義：

將屬性和行為作為一個整體，表現生活中的事物（資料成員和方法）
將屬性和行為加以許可權控制（訪問修飾符）

類中的屬性和行為我們一般稱為成員，屬性為成員屬性，行為是成員方法

這裡以盒子為例，定義一個類，並宣告兩個物件

class Box
{
    //訪問許可權
    //公共許可權
    public:
    //資料成員
    	double lenth;	//長
    	double breadth; //寬
    	double height;  //高
    //方法
    //求盒子體積
    	double cal_Volume()
        {
            return lenth * breadth * height;
        }
};

int main()
{
    Box box1;	// 宣告 box1，型別為 Box
    Box box2;	// 宣告 box2，型別為 Box
    //物件box1和box2都有他們各自的成員
}

訪問許可權

類在設計時，可以把屬性和行為放在不同的許可權下來加以控制

訪問許可權有三種：

public 公共許可權

其成員類內可以訪問，類外可以訪問
protected 保護許可權

其成員類內可以訪問，類外不可以訪問，但在子類（派生類）中可以訪問
private（預設）私有許可權

其成員類內可以訪問，類外不可以訪問，不可檢視

class Person
{
    public:
    	String name;
    
    protected:
    	int age;
    
    int id_card;//預設為private
    
    public:
    	func()
        {
            name = "alen";
            age = 26;
            id_card = 114514;
        }
};

int main()
{
    Person p;
    p.name = "walker";
    p.age = 23;//報錯，類外不能訪問
    p.id_card = 1919810;//報錯，類外不能訪問
}

struct和class區別

兩者的唯一區別在於預設的訪問許可權：

struct預設許可權為公共
class預設許可權為私有
```
class C1
{
    int a;  //預設是私有許可權 private
};

struct C2
{
    int a;  //預設是公共許可權 public
};
```
成員屬性設定為私有

優點：
1. 將所有成員屬性設定為私有，可以自己控制讀寫許可權
2. 對於寫許可權，我們可以檢測資料的有效性

class Person
{
    public:
    	//設定名字
    	void setName(string name)
        {
            m_Name = name;
        }
    	
    	//設定偶像
    	void setIdol(string idol)
        {
            m_Idol = idol;
        }
    
    	//設定年齡
    	void setAge(int age)
        {
            if (age < 0 || age > 150)
            {
                cout<<"年齡"<<age<<"輸入有誤"<<endl;
                return;
            }
            m_Age = age;
        }
    
    	string getName()
        {
            return m_Name;
        }
    
    	int getAge()
        {
            return m_Age;
        }
    
    private:
    	string m_Name;//姓名 可讀可寫
    	int m_Age = 18;//年齡 只讀	(當可寫的時候，年齡限制在0-150之間)
    	string m_Idol;//偶像 只寫
    
};

類的建構函式&解構函式

c++中的建構函式和解構函式的作用是對物件的初始化和清理

物件的初始化和清理工作是強制的，如果我們沒有提供構造和解構函式的話，編譯器將自動提供空實現的構造和解構函式

建構函式：主要作用在於建立物件時為物件的成員屬性賦值，建構函式由編譯器自動呼叫，無需手動呼叫
解構函式：主要作用在於物件銷燬前系統自動呼叫，執行一些清理工作

構建函式語法（內聯）：類名( ) { }

沒有返回值，也不用寫void
函式名稱與類名相同
建構函式可以有引數，因此可以發生過載
程式在呼叫物件的時候會自動呼叫構造，無須手動呼叫，而且只會呼叫一次

解構函式語法（內聯）：~類名( ) { }

沒有返回值，也不用寫void
函式名稱與類名相同，在名稱前加上符號 ~
解構函式不可以有引數，因此不可以發生過載
程式在物件銷燬前會自動呼叫析構，無須手動呼叫，而且只會呼叫一次

class Person
{
public:
    //建構函式	進行初始化操作
    Person()
    {
        cout<<"Person建構函式的呼叫"<<endl;
    }
    
	~Person()
    {
        cout<<"Person解構函式的呼叫"<<endl;
    }
};

void test01()
{
    Person p;	//在棧上的資料，p建立時執行建構函式，test01執行完畢後釋放這個物件，物件的解構函式被呼叫
}

int main()
{
    test01();
    return 0;
}

建構函式的分類及呼叫

兩種分類方式：

按引數分為：有參構造和無參構造（預設）
按型別分為：普通構造和複製構造

三種呼叫方式：

括號法
顯示法
隱式轉換法

class Person
{
public:
    //普通構造
    Person()
    {
        cout<<"Person無參函式的呼叫"<<endl;
    }
	Person(int a)
    {
        age = a;
        cout<<"Person有參函式的呼叫"<<endl;
    }
    //複製構造
    Person(const Person &p)
    {
        //將傳入物件的所有屬性，複製到當前物件上
        age = p.age;
    }
    
    
    
    
    ~Person()
    {
        cout<<"Person解構函式的呼叫"<<endl;
    }
    
private:
    int age;
};

void test01()
{
	//括號法
    Person p1;//預設建構函式呼叫
    Person p2(10);//有參建構函式
    Person p3(p2);//複製建構函式
    
    /*
    注意事項：
    呼叫預設建構函式的時候，不要加()
    因為這句程式碼“  Person p1();  ”編譯器會認為是一個函式宣告，不會認為是在建立物件
    */
    
    //顯示法
    Person p4;
    Person p5 = Person(10); //有參
    Person p6 = Person(p5); //複製
    
    Person(10); //匿名物件 特點：當前行執行結束後，系統會立即回收掉匿名物件
    
    /*
    注意事項2：
    不要用複製建構函式初始化匿名物件
    Person(p3) 會被視為物件p3的重定義
    */
    //隱式轉換法
    Person p7 = 10; //有參	相當於 Person p7 = Person(10)
    Person p8 = p7; //複製
}

int main()
{
    test01();
	return 0;
}

複製建構函式的呼叫時機

c++中複製建構函式呼叫實機通常有三種情況

使用一個已經建立完畢的物件來初始化一個新物件
值傳遞的方式給函式引數傳值（值傳遞本質是複製一個臨時的副本來傳遞，因此會呼叫複製建構函式）
以值方式返回區域性物件（同上）

建構函式呼叫規則

預設情況下，c++編譯器至少給一個類新增3個函式

預設建構函式（無參，函式體為空）
預設解構函式（無參，函式體為空）
預設複製函式，對屬性進行值複製

建構函式呼叫規則如下：

如果使用者定義有參建構函式，c++不再提供預設無參構造，但是會提供預設複製構造
如果使用者定義複製建構函式，c++不會再提供其他建構函式

深複製與淺複製

淺複製（預設）：簡單的賦值複製操作

深複製：在堆區重新申請空間，進行複製操作

淺複製可能帶來的問題是堆區的記憶體重複釋放

class Person
{
    Person(const Person &p)
    {
        m_Age = p.m_Age;
        m_Height = p.m_Height;	//編譯器預設的淺複製（單純的值複製）
    }
    
        Person(const Person &p)
    {
        m_Age = p.m_Age;
        m_Height = new int(*p.m_Height);	//深複製操作，另外開闢一片堆記憶體進行複製
    }
};

初始化列表

作用：c++提供了初始化列表語法，用來初始化屬性

語法：建構函式( ) : 屬性(值1), 屬性(值2)...{ }

class Person
{
    //傳統初始化操作
    Person(int a, int b, int c)
    {
        m_A = a;
        m_B = b;
        m_C = c;
    }
    
    //初始化列表初始化屬性
    Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c)
    {
        
    }
    private:
    	int m_A;
    	int m_B;
    	int m_C;
}

類物件作為類成員

c++類中的成員可以是另一個類的物件，我們稱該成員為物件成員

class A
{
    
};

class B
{
	A a;
}

B類中有物件A作為成員，A

靜態成員

靜態成員就是在成員變數和成員函式前加上關鍵字static，稱為靜態成員

靜態成員分為：

靜態成員變數
- 所有物件共享同一份資料
- 在編譯階段分配記憶體
- 類內宣告，類外初始化
靜態成員函式
- 所有物件共享一個函式
- 靜態成員函式只能訪問靜態成員變數

class Person
{
public:   
    //靜態成員變數
    //編譯階段就分配記憶體
    static int m_A;
private:
    static int m_B;//靜態成員變數也有訪問許可權
};
//類內宣告，類外初始化操作
int Person:: m_A = 100;

void test01()
{
    Person p;
    cout<< p.m_A <<endl;//100
    Person p2;
    p2.m_A = 200;
    cout<< p.m_A <<endl;//200
    //所有物件都共享同一份資料
}

void test02()
{
    //靜態成員變數不專屬於某個物件，所有物件都共享同一份資料
    //因此靜態成員變數有兩種訪問方式：
    //1.透過物件進行訪問
    Person p;
    cout<< p.m_A <<endl;
    //2.透過類名進行訪問
    cout<< Person::m_A<<endl;
}

class Person
{
public:
    static void func()
    {
        cout <<"靜態成員函式呼叫"<< endl;
    }
};

void test01()
{
    //兩種訪問方式
    //透過物件訪問
    Person p;
    p.func();
    //透過類名訪問
    Person::func();
}

C++物件模型和this指標

成員變數和成員函式分開儲存

在c++中，類內的成員變數和成員函式分開儲存

只有非靜態成員變數才屬於類的物件上

class Person
{

};

class Human
{
public:
    int m_A;//非靜態成員變數	屬於類的物件上的資料
    static int m_B;//靜態成員變數	不屬於類物件上
    void func(){}//非靜態成員函式	不屬於類物件上
    static void func2(){}//靜態成員函式	不屬於類物件上
};

void test01()
{
    Person p;
    //空物件佔用記憶體空間為：1 (byte)
    //C++編譯器會給每個空物件也分配一個位元組空間，是為了區分空物件佔記憶體的位置
    //每個空物件也應該有一個獨一無二的記憶體地址
    cout << "size of p = " << sizeof(p) << endl;
}

void test02()
{
    Human p1;
    //佔4 (byte) -> 非靜態成員變數(int)所佔的記憶體
    //因為靜態成員變數、非靜態成員函式、靜態成員函式不在類的物件上所以分開儲存
    cout << "size of p = " << sizeof(p1) << endl;
}

this指標概念

c++中成員變數和成員函式是分開儲存的

每一個非靜態成員函式只會產生一份函式例項，也就是說多個同型別的物件會公用同一份程式碼

那麼問題是：這一塊程式碼是如何區分哪個物件呼叫自己的呢？

c++透過提供特殊的物件指標，this指標來解決上述問題。this指標指向被呼叫的成員函式所屬的物件

this指標是隱含每一個非靜態成員函式內的一種指標

this指標不需要定義，直接使用即可

this指標的本質是指標常量，指標的指向是不可修改的

this指標的用途：

當形參和成員變數同名時，可用this指標來區分
在類的非靜態成員函式中返回物件本身，可使用 return *this

class Person
{
public:
    Person(int age)
    {
        age = age;//形參和成員屬性名字相同，編譯器誤以為他倆是同一個東西
    	
        //this指標指向的是被呼叫的成員函式（這裡呼叫的是建構函式）所屬的物件（這裡的物件是p1）
        this->age = age;//使用this指標可解決名稱衝突
    }
    
    //要返回本體的話須加引用
    Person& PersonAddAge(Person &p)
    {
        this->age += p.age;
        //this指向p2的指標，而*this指向的就是p2的本身
        return *this;
    }
    
    int age;//應該使用別的規範名稱，如m_Age
};
//1.解決名稱衝突
void test01()
{
    Person p1(18);
    cout << "p1的年齡是" << p1.age << endl;//並非18
}
//2.返回物件本身用*this
void test02()
{
    Person p1(10);
    
    Person p2(10);
    //返回值為物件本身，即p2 = p2.PersonAddAge(p1)
    //鏈式程式設計思想
    p2.PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1).PersonAddAge(p1);
    cout << "p2的年齡是" << p2.age << endl;//
}

空指標訪問成員函式

c++中空指標也是可以呼叫成員函式的，但是也要注意有沒有用到this指標

如果用到this指標，需要加以判斷保證程式碼的健壯性

//空指標呼叫成員函式
class Person
{
public:
    void showClassName()
    {
        cout << "this is Person class" << endl;
    }
    
    void showPersonAge()
    {
        //報錯的原因是傳入的指標為NULL
        /*解決措施：
        if (this == NULL)
        {
        	return;
        }
        */
        cout << "age = " << this->m_Age << endl;
    }
    
    int m_Age;
};

void test01
{
    Person * p = null;
    
    p->showClassName();//不報錯
    
    p->showPersonAge();//報錯，因為呼叫了成員屬性，但指標為空指標
}

const修飾成員函式

常函式：

成員函式後加const後我們稱這個函式為常函式
常函式內不可以修改成員屬性
成員屬性宣告時加關鍵字mutable後，在常函式中依然可以修改

常物件：

宣告物件前加const稱該物件為常物件
常物件只能呼叫常函式

//常函式
class Person
{
public:
    
    //在成員函式後面加const，修飾的是this指向，讓this指標指向的值也無法修改
    void showPerson() const
    {
        //this->m_A = 100;	不可修改
        this->m_B = 100;
    }
    
    int m_A;
    mutable int m_B;//特殊變數，即使在常函式中，也可以修改這個變數
}

void test02()
{
    const Person p; //在物件前加const，變為常物件
    //p.m_A = 100; 報錯
    p.m_B = 100; //m_B是特殊值，在常物件中可修改
    //常物件只能呼叫常函式
    p.showPerson();
    //p.func();	//報錯	常物件不可以呼叫普通成員函式，因為普通成員函式可以修改屬性
}

友元

生活中，家裡（class）有客廳（public）也有臥室（private），客廳所有客人都能進，但是臥室除了好友之外的普通客人不能進

在程式裡，有些私有屬性也想讓類外特殊的一些函式或者類進行訪問，就需要用到友元的技術

友元的目的就是讓一個函式或者類訪問另一個類中私有成員

友元的關鍵詞為friend

友元的三種實現

全域性函式做友元
類做友元
成員函式做友元

全域性函式做友元

class Building
{
    //友元宣告
    friend void goodFriend(Building &building);
public:
    Building()
    {
        m_SittingRoom = "客廳";
        m_BedRoom = "臥室";
    }
    
public:
    string m_SittingRoom;
    
private:
    string m_BedRoom;
};

//全域性函式
void goodFriend(Building &building)
{
    cout << "猴米全域性函式正在訪問："<< building->m_BedRoom/*private*/ <<endl;
}

void test01()
{
    Building building;
    goodFriend(&building);//成功訪問
}

類做友元

class Building;
class GoodFriend
{
public:
    GoodFriend();
    
    void visit(); //參觀函式	訪問Building類中元素
    
    Building * building;
};

class Building
{
    //友元宣告
    friend class GoodFriend;
    
public:
    Building();
public:
    string m_SittingRoom;
    
private:   
    string m_BedRoom;
};

//類外寫成員函式
Building::Building()
{
        m_SittingRoom = "客廳";
        m_BedRoom = "臥室";
}
GoodFriend::GoodFriend()
{
    //建立建築物物件
	building = new Building;
}

void GoodFriend::visit()
{
    cout << "猴米類正在訪問：" << building->m_BedRoom << endl;
}

void test01()
{
    GoodFriend gf;
    gf.visit();//呼叫成功
}

成員函式做友元

class Building;
class GoodFriend
{
public:
    GoodFriend();
    
    void visit01(); //讓visit01函式可以訪問Building類的私有成員
    void visit02(); //讓visit02函式不可以訪問Building類的私有成員
    
    Building * building;
};

class Building
{
    //友元宣告
    friend void GoodFriend::visit01();
    
public:
    Building();
public:
    string m_SittingRoom;
    
private:   
    string m_BedRoom;
};

//類外寫成員函式
Building::Building()
{
        m_SittingRoom = "客廳";
        m_BedRoom = "臥室";
}
GoodFriend::GoodFriend()
{
    //建立建築物物件
	building = new Building;
}

void GoodFriend::visit01()
{
    cout << "猴米類正在訪問：" << building->m_BedRoom << endl;
}

void GoodFriend::visit01()
{
    cout << "猴米類正在訪問：" << building->m_BedRoom << endl;//報錯
}

運算子過載

運算子過載的概念：對已有的運算子重新進行定義，賦予其另一種功能，以適應不同的資料型別

加號運算子過載

作用：實現兩個自定義資料型別相加的運算

Tips：

對於內建的資料型別的表示式的運算子是不可能改變的
不要濫用運算子過載

class Person
{
public:
    
    //成員函式過載+號
    Person operator+(Person &p)
    {
        Person temp;
        temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
        temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
        return temp;
    }
    
    int m_A;
    int m_B;
};

//全域性函式過載+號
Person operator+(Person &p1, Person &p2)
{
	Person temp;
	temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
	temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
	return temp;
}

void test01
{
    Person p1;
    p1.m_A = 10;
    p1.m_B = 10;
    Person P2;
    p2.m_A = 10;
    p2.m_B = 10;
    
    //成員函式本質呼叫
    //Person p3 = p1.operator+(p2);
    Person p3 = p1 + p2;//簡化
    
    cout << "p3.m_A = " << p3.m_A << endl;
    cout << "p3.m_B = " << p3.m_B << endl;
}

左移運算子過載

作用：可以輸出自定義資料型別

class Person
{
    friend ostream& operator<<(ostream &cout,Person &p);
public:
    Person(int a, int b)
    {
        m_A = a;
        m_B = b;
    }
private:
    //不會利用成員函式過載<<運算子，因為無法實現cout在左側
    int m_A;
    int m_B;
};

//只能利用全域性函式過載左移運算子
ostream& operator<<(ostream &cout,Person &p)
{
    cout << "m_A = " << p.m_A << " m_B = " << p.m_B;
    return cout;
}

void test01()
{
    Person p(10,10);

    cout << p << endl;
}
int main() {
    cout << "Hello, World!" << endl;
    test01();
    return 0;
}

遞增 / 遞減運算子過載

作用：透過過載遞增 / 遞減運算子，實現自己的整形資料

//過載遞增運算子

//自定義整型
class MyInteger
{
    friend ostream & operator<<(ostream& cout, MyInteger myint);
public:
    MyInteger()
    {
        m_Num = 0;
    }

//過載前置++運算子
//返回引用是為了一直對一個資料進行遞增操作
    MyInteger& operator++()
    {
        //先進行++運算
        m_Num++;

        //再將自身返回
        return *this;
    }

//過載後置++運算子
//int代表佔位引數，可用於區分前置和後置遞增
    MyInteger operator++(int)
    {
        //先 記錄當時結果
        MyInteger temp = *this;
        //後 遞增
        m_Num++;
        //最後將記錄結果做返回
        return temp;
    }

    //過載前置--運算子
//返回引用是為了一直對一個資料進行遞減操作
    MyInteger& operator--()
    {
        //先進行--運算
        m_Num--;

        //再將自身返回
        return *this;
    }

//過載後置--運算子
//int代表佔位引數，可用於區分前置和後置遞減
    MyInteger operator--(int)
    {
        //先 記錄當時結果
        MyInteger temp = *this;
        //後 遞減
        m_Num--;
        //最後將記錄結果做返回
        return temp;
    }

private:
    int m_Num;
};

ostream & operator<<(ostream& cout, MyInteger myint)
{
    cout << myint.m_Num;
    return cout;
}


void test01()
{
    MyInteger myint;		    //0
    cout << ++myint << endl;	//1
    cout << myint++ << endl;	//1
    cout << myint << endl;		//2
    
    cout << --myint << endl;	//1
    cout << myint-- << endl;	//1
    cout << myint << endl;		//0

}

賦值運算子過載

c++編譯器至少給一個類新增4個函式

預設建構函式（無參，函式體為空）
預設解構函式（無參，函式體為空）
預設複製建構函式，對屬性進行值複製
賦值運算子operator=，對屬性進行值複製

如果類中有屬性指向堆區，做賦值操作時也會出現深淺複製問題

//賦值運算子過載

class Person
{
public:

    Person(int age)
    {
        m_Age = new int(age);
    }

    ~Person()
    {
        if (m_Age != NULL)
        {
            delete m_Age;
            m_Age = NULL;
        }
    }

    //過載 賦值運算子
    Person& operator=(Person &p)
    {
        //應該先判斷是否有屬性在堆區，如有，應先釋放乾淨再進行深複製
        if (m_Age != NULL)
        {
            delete m_Age;
            m_Age = NULL;
        }

        //深複製
        m_Age = new int(*p.m_Age);

        //返回物件本身
        return *this;
    }

    int *m_Age;
};

void test01()
{
    Person p1(10);
    Person p2(20);
    Person p3(30);

    p3 = p2 = p1;    //賦值操作

    cout << "p1's age = " << *p1.m_Age << endl;

    cout << "p2's age = " << *p2.m_Age << endl;

    cout << "p3's age = " << *p3.m_Age << endl;
}

關係運算子過載

作用：過載關係運算子，可以讓兩個自定義型別物件進行對比操作

//關係運算子過載

class Person
{
public:

    Person(string name, int age)
    {
        m_Name = name;
        m_Age = age;
    }

    //過載==號
    bool operator==(Person &p)
    {
        if (this->m_Name == p.m_Name)
        {
            return true;
        }
        return false;
    }

    //過載!=號
    bool operator!=(Person &p)
    {
        if (this->m_Name != p.m_Name)
        {
            return true;
        }
        return false;
    }

    string m_Name;
    int m_Age;
};

void test01()
{
    Person p1("Tom",18);
    Person p2("Tom",18);

    if (p1 == p2)
    {
        cout << "p1 == p2" << endl;
    } else{
        cout << "p1 != p2" << endl;
    }
}

函式呼叫運算子過載

函式呼叫運算子（）也可以過載
與哦於過載後使用的方式非常像函式的呼叫，因此稱為仿函式
仿函式沒有固定寫法，非常靈活

//函式呼叫運算子過載
class MyPrint
{
public:

    //過載函式呼叫運算子
    void operator()(string test)
    {
        cout << test <<endl;
    }
};

class MyAdd
{
public:
    int operator()(int num1, int num2)
    {
        return num1 + num2;
    }
};
void test01()
{
    MyPrint myPrint;
    myPrint("hello world");

    //匿名物件呼叫
    int a = MyAdd()(10,20);
    cout << "a = " << a << endl;
}

繼承

繼承是物件導向三大特性之一

繼承允許我們依據另一個類來定義一個類，有重用程式碼功能和提高執行效率的效果。

當建立一個類時，不必重新編寫新的資料成員和成員函式，只需指定新建的類繼承了一個已有的類的成員即可。這個已有的類稱為基類，新建的類稱為派生類。也可以稱為父類與子類

基本語法

class 子類 : 繼承方式父類

class A : public B

以上圖為例

// 基類
class Animal {
public:    
    void eat()
    {
        cout << "吃！" << endl;
    }
    void sleep()
    {
        cout << "zzzZZZ" << endl;
    }
    
    string name;
    int age;
};


//派生類
class Dog : public Animal {
public:	
    void bark()
    {
        cout << "汪汪汪！" << endl;
    }
};

子類中的成員，包含兩大部分：

從父類繼承過來的
自己增加的成員

從父類繼承過來的表現其共性，而新增的成員體現了其個性。

一個子類繼承了所有的基類方法，但下列情況除外：

父類的構造函式、解構函式和複製構造函式。
父類的過載運算子。
父類的友元函式。

繼承方式

繼承方式一共有三種：

公共繼承（public）：當一個類派生自公有基類時，基類的公有成員也是派生類的公有成員，基類的保護成員也是派生類的保護成員，基類的私有成員不能直接被派生類訪問，但是可以透過呼叫基類的公有和保護成員來訪問。
保護繼承（protected）：當一個類派生自保護基類時，基類的公有和保護成員將成為派生類的保護成員。
私有繼承（private）：當一個類派生自私有基類時，基類的公有和保護成員將成為派生類的私有成員。

我們幾乎不使用 protected 或 private 繼承，通常使用 public 繼承。

構造和析構順序

在繼承後，派生類也會繼承基類的建構函式與解構函式

那麼他們之間的呼叫順序如下：

父類構造——子類構造——子類析構——父類析構

繼承同名成員處理方式

當子類與父類出現同名的成員時：

如訪問子類同名成員，直接訪問即可
如訪問父類同名成員，需要加作用域（類名：：）

class Base{
public:
    Base()
    {
        m_A = 100;
    }
    
    void func()
    {
        cout << "Base" << endl;
    }
    
    int m_A;
};

class Son:public Base{
public:
    Son()
    {
        m_A = 200;
    }
    
    void func()
    {
        cout << "Son" << endl;
    }
    
    int m_A;
};

//同名資料成員處理
void test01()
{
    Son s;
    cout << "Son下  m_A = " << s.m_A << endl;//200
    cout << "Base下 m_A = " << s.Base::m_A << endl;//100
}
//同名成員函式處理
void test02()
{
    Son s;
    
    s.func();//Son
    s.Base::func();//Base
}

總結：

子類物件可以直接訪問到子類中同名成員
子類物件加作用域可以訪問到父類同名函式
當子類和父類擁有同名的成員函式，子類會隱藏父類中同名成員函式，但加作用域可以訪問到

多繼承

多繼承即一個子類可以有多個父類，它繼承了多個父類的特性。

C++ 類可以從多個類繼承成員，語法如下：

class <派生類名>:<繼承方式1><基類名1>,<繼承方式2><基類名2>,…
{
<派生類類體>
};

c++實際開發中不建議使用多繼承，因為可能會引發多個父類中有同名成員導致作用域管理混亂

示例如下：

// 形狀基類 Shape
class Shape 
{
   public:
      void setWidth(int w)
      {
         width = w;
      }
      void setHeight(int h)
      {
         height = h;
      }
   protected:
      int width;
      int height;
};
 
// 刷漆基類 PaintCost
class PaintCost 
{
   public:
      int getCost(int area)
      {
         return area * 70;
      }
};
 
// 派生類
class Rectangle: public Shape, public PaintCost
{
   public:
      int getArea()
      { 
         return (width * height); 
      }
};
 
int main(void)
{
   Rectangle Rect;
   int area;
 
   Rect.setWidth(5);
   Rect.setHeight(7);
 
   area = Rect.getArea();
   
   // 輸出物件的面積
   cout << "Total area: " << Rect.getArea() << endl;
 
   // 輸出總花費
   cout << "Total paint cost: $" << Rect.getCost(area) << endl;
 
   return 0;
}

菱形繼承

菱形繼承概念：

兩個派生類繼承同一個基類
又有某個類同時繼承著兩個派生類
這種繼承被稱為菱形繼承，或者鑽石繼承

典型的菱形繼承案例：

菱形繼承問題：

老虎繼承了動物的資料，獅子同樣也繼承了動物的資料；當獅虎獸使用資料時，就會產生二義性
- 當菱形繼承，兩個父類擁有相同資料時，需要加以作用域區分
獅虎獸繼承自動物的資料繼承了兩份，但我們應該清楚，這份資料我們只需要一份即可，導致資源浪費
- 利用虛繼承來解決（在繼承方式前加上關鍵字virtual：class Tiger : virtual public Animal，基類Animal變成虛基類）

多型

多型的基本概念

多型是c++物件導向的三大特性之一

多型按字面的意思就是多種形態。當類之間存在層次結構，並且類之間是透過繼承關聯時，就會用到多型。呼叫成員函式時，會根據呼叫函式的物件的型別來執行不同的函式。

多型分為兩類：

靜態多型：函式過載和運算子過載屬於靜態多型，服用函式名
動態多型：派生類和虛擬函式來實現執行時的多型

靜態多型和動態多型區別：

靜態多型的函式地址早繫結 —— 編譯階段確定函式地址
動態多型的函式地址晚繫結 —— 執行階段確定函式地址

class Animal
{
public:
    void speak()
    {
        cout<<"動物在說話"<<endl;
    }
};

class Cat :public Animal
{
public:
    void speak()
    {
        cout<<"meow,meow,meow"<<endl;
    }
};

//執行說話的函式
//地址早繫結	在編譯階段確定函式地址
//如果想執行讓貓說話，那麼這個函式地址就不能提前繫結，需要晚繫結
void doSpeak(Animal &animal)
{
    animal.speak();
}

void test01()
{
    Cat cat;
    doSpeak(cat);//動物在說話
}

class Animal
{
public:
    //虛擬函式	實現晚繫結
    virtual void speak()
    {
        cout<<"動物在說話"<<endl;
    }
};

class Cat :public Animal
{
public:
    //重寫	函式返回值型別、函式名、引數列表完全相同
    void speak()
    {
        cout<<"meow,meow,meow"<<endl;
    }
};

//執行說話的函式
void doSpeak(Animal &animal)
{
    animal.speak();
}

void test01()
{
    Cat cat;
    doSpeak(cat);//meow
}

總結：

動態多型滿足條件：

有繼承關係
子類重寫父類的虛擬函式

多型使用條件

父類指標或引用指向子類物件

多型案例（一）——計算器類

案例描述：

分別用普通寫法和多型技術，設計實現兩個運算元進行的計算器類

多型的優點：

程式碼組織結構清晰
可讀性強
利於前期和後期的擴充套件以及維護

//普通實現
class Calculator
{
public:
    Calculator(int num1, int num2)
    {
        m_Num1 = num1;
        m_Num2 = num2;
    }

    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;
        //（普通寫法下）如果想擴充套件新功能，就需要修改原始碼
        //在真實開發中，我們提倡開閉原則：對擴充套件進行開放，對修改進行關閉
    }


    int m_Num1;//運算元1
    int m_Num2;//運算元2
};


void test01()
{
    //建立一個計算器物件
    Calculator c(10,10);

    cout << c.m_Num1 << "+" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("+") << endl;
    cout << c.m_Num1 << "-" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("-") << endl;
    cout << c.m_Num1 << "*" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("*") << endl;
}

//利用多型實現計算器
//實現計算器抽象類
class AbstractCalculator
{
public:

    virtual int getResult()
    {
        return 0;
    }

    int m_Num1;//運算元1
    int m_Num2;//運算元2
};

//加法計算器類
class AddCaculator :public AbstractCalculator
{
public:
    virtual int getResult()
    {
        return m_Num1 + m_Num2;
    }
};

//減法計算器類
class SubCaculator :public AbstractCalculator
{
public:
    virtual int getResult()
    {
        return m_Num1 - m_Num2;
    }
};

//乘法計算器類
class MulCaculator :public AbstractCalculator
{
public:
    virtual int getResult()
    {
        return m_Num1 * m_Num2;
    }
};

void test02()
{
    //多型使用條件：父類指標/引用指向子類物件

    //加法運算
    AbstractCalculator * abc = new AddCaculator;//父類指標
    abc->m_Num1 = 100;
    abc->m_Num2 = 100;

    cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
    //用完後記得銷燬
    delete abc;

    //減法運算
    abc = new SubCaculator;
    abc->m_Num1 = 100;
    abc->m_Num2 = 100;

    cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
    //用完後記得銷燬
    delete abc;

    //乘法運算
    abc = new MulCaculator;
    abc->m_Num1 = 100;
    abc->m_Num2 = 100;

    cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
    //用完後記得銷燬
    delete abc;
}

純虛擬函式和抽象類

在多型中，通常父類中虛擬函式的實現是無意義的，主要是呼叫子類重寫的內容（例如計算器類案例中的抽象計算器類）

因此可以將虛擬函式改為純虛擬函式

純虛擬函式語法：virtual 返回值型別函式名（引數列表）= 0；

當類中有了純虛擬函式，這個類也成為抽象類

抽象類特點：

無法例項化物件
子類必須重寫抽象類中的純虛擬函式，否則也屬於抽象類

class AbstractCalculator//有純虛擬函式的類就是抽象類
{
public:
	//純虛擬函式
    virtual int getResult() = 0;

    int m_Num1;//運算元1
    int m_Num2;//運算元2
};

//加法計算器類
class AddCalculator : public AbstractCalculator
{
public:
    virtual int getResult()
    {
        return m_Num1 + m_Num2;
    }
};

void test01()
{
    //多型使用條件：父類指標/引用指向子類物件

    //加法運算
    AbstractCalculator * abc = new AddCalculator;//父類指標
    abc->m_Num1 = 100;
    abc->m_Num2 = 100;

    cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
    //用完後記得銷燬
    delete abc;

    AbstractCalculator abc;//報錯	抽象類無法例項化物件
    new AbstractCalculator;//報錯 堆區或棧區都不行
}

多型案例（二）——飲品類

案例描述：

製作飲品的大致流程為：煮水 - 沖泡 - 倒入杯中 - 加入輔料

利用多型技術實現本案例，提供抽象製作飲品基類，提供子類製作咖啡和茶葉

class AbstractDrinking
{
public:
    //煮水
    virtual void Boil() = 0;
    //沖泡
    virtual void Brew() = 0;
    //倒入杯中
    virtual void PourInCup() = 0;
    //加入輔料
    virtual void PutSth() = 0;
    //製作飲品
    void makeDrink()
    {
        Boil();
        Brew();
        PourInCup();
        PutSth();
    }
};

//製作咖啡
class Coffee :public AbstractDrinking
{
    //煮水
    virtual void Boil(){
        cout << "用阿拉斯加山脈泉水煮水" << endl;
    }
    //沖泡
    virtual void Brew(){
        cout << "沖泡咖啡" << endl;
    }
    //倒入杯中
    virtual void PourInCup(){
        cout << "倒入咖啡杯中" << endl;
    }
    //加入輔料
    virtual void PutSth(){
        cout << "加入方糖和牛奶" << endl;
    }
};

//製作茶葉
class Tea :public AbstractDrinking
{
    //煮水
    virtual void Boil(){
        cout << "用長白山泉水煮水" << endl;
    }
    //沖泡
    virtual void Brew(){
        cout << "沖泡茶葉" << endl;
    }
    //倒入杯中
    virtual void PourInCup(){
        cout << "倒入茶杯中" << endl;
    }
    //加入輔料
    virtual void PutSth(){
        cout << "加入茉莉花" << endl;
    }
};
//製作函式
void doWork(AbstractDrinking * abs)
{
    abs->makeDrink();
    delete abs; //釋放堆區資料
}

void test01()
{
    //製作咖啡
    doWork(new Coffee);
    cout << "----------------" << endl;
    //製作茶葉
    doWork(new Tea);
}

虛析構和純虛析構

多型使用時，如果子類中有屬性開闢到堆區，那麼父類指標在釋放時無法呼叫到子類的析構程式碼

解決方式：將父類中的解構函式改為虛析構或者純虛析構

虛析構或者純虛析構共性：

可以解決父類指標釋放子類物件
都需要有具體的函式實現

虛析構或者純虛析構區別：

如果是純虛析構，該類屬於抽象類，無法例項化物件

虛析構語法：

virtual ~類名( ) { }

純虛析構語法：

virtual ~類名( ) = 0 ;

類名：：~類名（）{ }

總結：

虛析構或純虛析構就是用來解決父類指標釋放子類物件
如果子類中沒有堆區資料，可以不寫為虛析構或純虛析構
擁有純虛解構函式的類也屬於抽象類

多型案例（三）—— 電腦組裝

案例描述：

電腦主要組成部分為CPU（計算）、顯示卡（顯示）和記憶體條（儲存）

將每個零件封裝成抽象基類，並且提供不同的廠商生產的不同的零件，例如Intel和AMD廠商

建立電腦類提供讓電腦工作的函式，並且呼叫每個零件工作的介面

測試時組裝三臺不同的電腦進行工作

//抽象類
//CPU
class CPU
{
public:
    //抽象計算函式
    virtual void Calculate() = 0;
};
//GPU
class GPU
{
public:
    //抽象顯示函式
    virtual void Display() = 0;
};
//記憶體條
class Memory
{
public:
    //抽象儲存函式
    virtual void Storage() = 0;
};

//電腦類
class Computer
{
public:
    Computer(CPU * cpu, GPU * gpu, Memory * mem)
    {
        m_cpu = cpu;
        m_gpu = gpu;
        m_mem = mem;
    }
    //提供工作的函式
    void work()
    {
        //呼叫零件介面
        m_cpu->Calculate();
        m_gpu->Display();
        m_mem->Storage();
    }
    //提供解構函式來釋放3個建立在堆區的電腦零件
    ~Computer()
    {
        if (m_cpu != NULL)
        {
            delete m_cpu;
            m_cpu = NULL;
        }
        if (m_gpu != NULL)
        {
            delete m_gpu;
            m_gpu = NULL;
        }
        if (m_mem != NULL)
        {
            delete m_mem;
            m_mem = NULL;
        }
    }

private:
    CPU * m_cpu;//CPU的零件指標
    GPU * m_gpu;//GPU的零件指標
    Memory * m_mem;//記憶體條的零件指標
};

//具體廠商零件
//Intel
class IntelCPU :public CPU
{
public:
    virtual void Calculate()
    {
        cout << "Intel CPU is working!" << endl;
    }
};

class IntelGPU :public GPU
{
public:
    virtual void Display()
    {
        cout << "Intel GPU is working!" << endl;
    }
};

class IntelMemory :public Memory
{
public:
    virtual void Storage()
    {
        cout << "Intel Memory is working!" << endl;
    }
};

//AMD
class AMDCPU :public CPU
{
public:
    virtual void Calculate()
    {
        cout << "AMD CPU is working!" << endl;
    }
};

class AMDGPU :public GPU
{
public:
    virtual void Display()
    {
        cout << "AMD GPU is working!" << endl;
    }
};

class AMDMemory :public Memory
{
public:
    virtual void Storage()
    {
        cout << "AMD Memory is working!" << endl;
    }
};

void test01()
{
    //no.1 pc
    CPU * intelCpu = new IntelCPU;
    GPU * intelGpu = new IntelGPU;
    Memory * intelMem = new IntelMemory;

    Computer * pc1 = new Computer(intelCpu,intelGpu,intelMem);
    pc1->work();
    delete pc1;

    //no.2 pc
    CPU * amdCpu = new AMDCPU;
    GPU * amdGpu = new AMDGPU;
    Memory * amdMem = new AMDMemory;

    Computer * pc2 = new Computer(amdCpu,amdGpu,amdMem);
    pc1->work();
    delete pc2;
}

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類 & 物件

封裝

訪問許可權

類的建構函式&解構函式

建構函式的分類及呼叫

複製建構函式的呼叫時機

建構函式呼叫規則

深複製與淺複製

初始化列表

類物件作為類成員

靜態成員

C++物件模型和this指標

成員變數和成員函式分開儲存

this指標概念

空指標訪問成員函式

const修飾成員函式

友元

全域性函式做友元

類做友元

成員函式做友元

運算子過載

加號運算子過載

左移運算子過載

遞增 / 遞減運算子過載

賦值運算子過載

關係運算子過載

函式呼叫運算子過載

繼承

基本語法

繼承方式

構造和析構順序

繼承同名成員處理方式

多繼承

菱形繼承

多型

多型的基本概念

多型案例（一）——計算器類

純虛擬函式和抽象類

多型案例（二）——飲品類

虛析構和純虛析構

多型案例（三）—— 電腦組裝

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