【C++知识点总结全系列 (08)】：面向对象编程OOP

1、OOP概述

(1)面向对象四大特征

A.抽象

把一类东西的共同属性和方法提取到一个类中，而不关注具体如何实现

B.封装

对象属性对外接是隐藏的，只能通过对象的方法进行访问和修改

通过类实现对现实情况的抽象，使用private权限实现对类的封装

class Caculater{ 
private:int *Id; // 对数据进行封装，只有类能访问，外部智能通过提供的函数访问 
public:Caculater() { // 默认构造函数std::srand(std::time(nullptr)); int randomNumber = std::rand(); Id = new int;*Id = randomNumber; }Caculater(Caculater &caculater) { // 拷贝构造函数Id = caculater.getId();}~Caculater() { delete Id; } void showId(){if(Id) cout << "Id = " << *Id << endl; else cout << "nullptr" << endl;}template <class T, class U> auto add(const T &t, const U &u) const {return t + u; }int *getId() {return Id; }
};
template <typename T> 
void printf(const T &&t) { cout << t << endl; } 
int main(){// 隐式调用默认构造函数 Caculater caculater01; // 调用成员函数printf(caculater01.add(20, 10.1)); // 打印：30.1return 1;
}

C.继承

派生类可以继承基类的非私有属性和方法，而无需自己重新定义

D.多态

静态多态：编译时多态

函数重载或模板重载

动态多态：运行时多态

父类型可以指向其子类型的实例，使子类型对同一方法作出不同的回应，也就是所谓的动态绑定

动态绑定

通过基类指针或引用调用虚函数时，会根据实际对象的类型来确定要调用的函数版本 基类的引用或指针调用虚函数 virtual 时发生动态绑定

(2)构造函数

A.What（什么是构造函数）

一种特殊的成员函数：
一方面它没有返回值
另一方面它和类名相同

B.Why（构造函数的作用）

主要作用是创建初始化类对象：为对象的成员赋初始值、执行一些必要的初始化操作等

C. Which（有哪些构造函数）

无参构造函数

如果没有显式定义任何构造函数，编译器将自动生成一个默认构造函数（合成默认构 造函数）。它不带任何参数，并对类的成员进行默认初始化

带参构造函数

参数列表不为空的构造函数

Student(string strStuName, int iAge )
{	m_strStuName = strStuName;m_iAge = iAge;
}
Student(string strStuName, int iAge = 24)
{m_strStuName = strStuName;m_iAge = iAge;
}

拷贝构造函数

将参数中的对象深拷贝给当前对象，如果存在指针数据，一定要重新开辟空间，然后赋值

Student(const Student &stuObj)
{	this->strStuName = stuObj.getName();this->iAge = stuObj.getAge();this->ptrScore = new float(strObj.getScore());
}

移动构造函数

实现了数据的转移，相当于“鸠占鹊巢，还得把鹊赶尽杀绝”，移动赋值运算符同理

Student( Student &stuObj)
{this->strStuName = stuObj.getName();stuObj.setName("");this->iAge = stuObj.getAge();stuObj.setAge(0);this->ptrScore = new float(strObj.getScore());stuObj.score = nullptr;
}

转换构造函数

本质是带一个参数的构造函数，在需要时可以将其他类型的对象隐式转换为当前类的对象

(3)析构函数

A.What（什么是析构函数）

一个特殊的成员函数：
一方面，对象被销毁时自动调用，它不能是delete的
另一方面，和构造函数一样没有返回值

~Student(){delete this->ptrScore;ptrScore = nullptr;
}

B.Why（析构函数的作用）

• 可用于释放动态分配的内存
• 可用于关闭文件、数据库连接和网络连接资源
• 解锁互斥量或释放其它同步资源

(4) =default 和 =delete

A.Why

更精确地控制类的成员函数的行为，提高代码的可读性和安全性

B.How

class MyClass { 
public:// 默认构造函数 MyClass() = default; // 默认析构函数~MyClass() = default; // 禁用拷贝构造函数MyClass(const MyClass&) = delete; // 禁用赋值运算符MyClass& operator=(const MyClass&) = delete; // 禁用移动构造函数MyClass(MyClass&&) = delete; // 使用默认移动赋值运算符MyClass& operator=(MyClass&&) = default;
};

2、继承

(1)What（什么是继承）

派生类从基类继承属性和方法

(2)Why（继承的作用）

重用性：派生类可以继承基类的属性和方法，减少重复代码的编写
扩展性：派生类可以在继承基类的基础上添加新的属性和方法，实现更强大的功能
多态性：实现对不同派生类的统一处理

说明：派生类的属性和基类重名时，会自动隐藏基类的成员

(3)How（如何使用继承）

class Derived: public Base{...}

(4)虚函数

A.What

一种特殊的成员函数，在基类中声明并用于被派生类重写的特殊成员函数

B.Why（虚函数的作用）

允许在运行时根据对象的实际类型来调用相应的函数实现，以实现多态性

C.使用虚函数的注意事项

• override 关键字的使用：只有虚函数才能用 override 修饰（在派生类中使用该关键字）
• 虚函数与默认实参：如果虚函数使用了默认实参， 则基类和派生类中定义的默认 实参应该一致，基类和派生类的虚函数必须接受相同的形参列表，否则无法实现动 态绑定
• 回避虚函数机制：通常情况下，只有在成员函数（或友元）中使用作用域运算符来回避虚函数机制
  

(5)虚析构函数

A.Why（虚析构函数的作用）

当我们使用基类指针或引用指向派生类对象，并且在基类指针或引用上删除该对象时， 如果基类的析构函数不是虚函数，则只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的 析构函数。这可能导致资源泄漏和未定义行为

B.What（什么是虚析构函数）

virtual ~Base();

注意：虚析构函数将阻止合成的移动构造函数和合成的移动赋值运算符，因为默认只 进行浅拷贝，而动态内存分配下的浅拷贝可能导致内存泄漏、悬挂指针等问题

(6)抽象基类

A.What（纯虚函数&抽象基类）

纯虚函数：

抽象基类：

含有纯虚函数的类叫做抽象基类

B.抽象基类的特点

• 至少包含一个纯虚函数
• 不能实例化对象，只能用作其他类的基类
• 继承抽象基类的派生类必须实现纯虚函数，否则派生类也会称为抽象基类
• 抽象基类可以包含非纯虚函数，提供默认或共享的功能

(7)继承关系中的访问控制

A.类中成员的访问权限

• public：类的对象（外部）可以访问，派生类也可以访问
• protected：类的对象（外部）不能访问，派生类可以访问
• private：类的对象（外部）不能访问，派生类也不可以访问

B.类继承中的访问权限

• public继承：public->public, protected->protected

  派生类可以继承基类中的公有成员和受保护成员，并将其作为自己的公有成员和受保护成员

• protected继承：public&protected->protected

  将基类中的公有成员和受保护成员作为派生类的受保护成员

• private继承：public&protected->private

  将基类中的公有成员和受保护成员作为派生类的私有成员，使得派生类无法直接访问这些成员

C.派生类向基类转换的权限问题（向上转型）

注意：派生类的成员函数和友元函数中，可以进行向上转型

D.友元在继承中的访问权限

• 友元不能被继承：友元函数和友元类类似于基类的私有成员
• 派生类的友元不可直接访问基类成员（包括公有成员）
  

(8)多重继承

A.横向多重继承：

B.纵向多重继承：

C.联合多重继承：

因为 single 和 waiter 都继承了一个 worker 组件，因此 SingingWaiter 将包含两个 worker 组件，那么将派生类对象的地址赋给基类指针将出现二义性

那么如何解决二义性问题呢？我们知道程序的执行一定是具有确定性的，在上述情况下，我们能想到的是进行强制转换，如下所示：

很显然，上述这种强制转换确实能够解决因联合继承带来的二义性问题，但是每次都进行这样的强制转换过于繁琐，那么有没有简单的办法解决二义性问题呢？答案就是：虚继承，所谓的虚继承，就是让共享一个祖父类

(9)虚继承

A.What（什么是虚继承、虚基类）

• 虚继承：

class Derived: public virtual Base， 如下例所示，展示了虚继承的形式

• 虚基类

被声明为虚继承的基类被称为虚基类

B.Why（虚继承的作用）

• 解决二义性冲突：当基类的指针指向孙子类的指针或引用时，会出现二义性，因为 孙子类对象包含多个祖父类对象，而虚继承只保留一个共享的祖父类
• 减少内存消耗：因为孙子类只包含一个祖父类对象
• 减少代码冗余：虚基类的成员只需在最终的派生类中定义一次

C.How

3、多态（编译时多态）-重载

(1)输入输出运算符重载

以友元的形式进行重载：

(2)算术运算符：+、-、*、/

以友元的形式重载：

(3)关系运算符：>、>=、==、<=、!=

以友元的形式重载：

(4)赋值运算符

(5)下标运算符

(6)递增递减运算符

前置版本：

后缀版本：

注意：显式调用后置版本（默认调用前置版本）

(7)解引用运算符和箭头运算符

箭头运算符和解引用运算符必须是类的成员函数

(8)重载new和delete

A.Why（为什么要重载new和delete运算符）

重载 new 运算符和 delete 运算符是为了对内存分配和释放过程进行自定义操作，以 满足特定的需求。通过重载这些运算符，我们可以提供自定义的内存管理方法，例如 使用自定义的内存池，跟踪内存分配和释放情况，或进行性能优化

B.How（如何重载）

(9)函数调用运算符

函数调用运算符必须是成员函数

A.什么是函数对象

如果类定义了调用运算符，则该类的对象称为函数对象

B.函数对象lamda

lamda的引用捕获：

注意：使用[&]可以引用捕获作用域内所有变量

lambda的值捕获：

注意：使用[=]可以值捕获作用域内所有变量