C++ 核心编程

学习网址：http://c.biancheng.net/cplus/

学习笔记：https://blog.csdn.net/ClaireSy/article/details/108423047

内存的分区模型
new 操作符
引用
函数提高
类与对象
对象的初始化与清理
深拷贝与浅拷贝
初始化列表
静态成员函数
C++ 对象模型与 this 指针
友元
基本数据类型大小
运算符重载
继承
多态
文件操作

1.内存的分区模型

代码区存放函数的二进制代码，由操作系统进行管理
全局区
栈区
堆区

分区的意义：不同的区域拥有不同的生命周期，有更大的灵活编程

程序运行前

代码区

　　存放cup 执行的二进制机器指向

　　代码区是共享的，共享的目的是对于频执行的程序，只需要在内存中存一份即可

　　代码区是只读的，防止程序意外修改

全局区

　　全局变量和静态变量

　　常量区（全局常量、const 修饰的全局变量）

程序运行后

栈区

　　编译器自动的分配与释放，存放函数形参，局部变量等

　　（注意：不要返回局部变量的地址，第一次可以打印正确的局部变量返回，第二次就丢失）

堆区

　　由程序员分配释放，如果程序员不释放，程序结束后由操作系统回收

　　new 可以在堆区开辟内存

2.new 操作符

　　操作： new 数据类型

　　释放： delete 变量，释放数组 delete[] 数组名

3.引用

　语法：数据类型 &别名 = 原名

    int a = 10;
    int &b = a;
    b = 20;
    cout << a << endl;

引用必须初始化，不可更改

使用引用作为方法参数，修改实参

void swap_3(int &a, int &b) {
    int temp = a;
    a = b;
    b = temp;
}

不要返回局部变量的引用（第一次输出正常，第二次结果是错误的，编译器只保留一次）

静态变量存储在全局区，全局区上的数据在程序结束后释放

函数的调用可以作为左值

#include<iostream>
#include<string.h>
using namespace std;

int& test() {
    static int a = 10;
    return a;
}

int main() {

    int& ref = test();

    cout << "ref=" << ref << endl;
    cout << "ref=" << ref << endl;

    test() = 100;

    cout << "ref=" << ref << endl;
    cout << "ref=" << ref << endl;
    system("pause");
    return 0;
}

引用的本质：引用的本质在c++内部是一个指针常量

    int a = 10;

    // 等价于 int * const ref = &a;
    int& ref = a;
    
    //*ref = 20;
    ref = 20;

    cout << "a=" << a << endl;
    cout << "ref=" << ref << endl;

常量引用：用来修饰形参，防止误操作（在方法形参中使用const 修饰引用，则引用无法被修改）

    int a = 10;

    //等价于 int temp = 10;  const int& ref = temp;
    const int& ref = 10;

4.函数提高

默认参数

函数的默认参数，如果有参数则使用传递的参数，没有则使用默认参数

如果多个参数第一个出现默认参数，则之后的参数都需要有默认参数

void add(int a= 100,int b= 200,int c= 300) {
    int sum = a + b + c;
    cout << sum << endl;
}

int main() {

    int a = 10;
    int b = 20;
    int c = 30;
    add(10);

    system("pause");
    return 0;
}

注意：函数的声明出现默认参数，则实现无法使用默认参数

占位参数

函数的形参列表可以有占位参数，用来做占位，调用函数时必须填补改参数

void add(int a,int) {
    int sum = a;
    cout << sum << endl;
}

占位参数可以有默认参数，则不必传递该参数

void add(int a,int = 20) {
	int sum = a;
	cout << sum << endl;
}

函数重载

函数名相同，提高复用性

同一个作用域
函数名相同
函数的参数类型不同、个数不同、顺序不同

注意

引用可以作为重载的条件（传递变量与常量不同）

void test(int &a) {
    cout << "a" << endl;
}

void test(const int& a) {
    cout << "const a" << endl;
}

函数重载碰到默认参数（传递1个参数出现二义性，传递2个参数正常）

void test(int a,int=10) {
    cout << "int a int" << endl;
}

void test(int a) {
    cout << "int a" << endl;
}

5.类与对象

C++ 面向对象三大特性：封装、继承、多态

访问权限

public protected private

共有权限：类内可以访问，类外可以访问

保护权限：类内可以访问，类外不可访问，子类可以访问父类的保护内容

私有权限：类内可以访问，类外不可访问，子类不可访问

struct 与 class 的区别

struct 默认的权限是共有， class 默认的权限是私有

struct C1
{
    int age;
    void fun() {
        cout << "struct" << endl;
    }
};

class C2 {
    int age;
    void fun() {
        cout << "struct" << endl;
    }
};

int main() {
    C1 c;
    c.fun();

    C2 c2;
    //默认私有权限
    return 0;
}

6.对象的初始化与清理

构造函数与析构函数，这两个函数会被编译器自动调用，完成初始化与清理工作。

构造函数

类型 (){}

构造函数无返回值
函数名与类目相同
可以有参数，可以重载
创建对象，会自动调用构造

析构函数

~类名(){}

不能有参数，不能发生重载
析构函数在对象被销毁前调用

class Person {
public:
    Person() {
        cout << "构造函数" << endl;
    }

    ~Person(){
        cout << "析构函数" << endl;
    }
};

int main() {
    Person p;
    return 0;
}

注意：构造函数可以接收对象，实现拷贝构造

创建对象的三种方式

    //1.隐式调用
    //Person p;
    //该调用被识别为函数声明
    //Person p();

    //2.显式调用
    //Person p = Person();
    //以下是创建匿名对象，执行完即释放
    //Person();

    //3.隐式转换法 等价与 Person p = Person(10);
    Person p = 10;

默认情况下，C++ 编译器至少添加3个函数

默认构造函数（无参）
默认析构函数
默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝

规则如下

如果用户定义了有参构造，则c++ 不提供无参构造，但是会提供拷贝构造

如果用户定义了拷贝构造函数，c++ 不提供其他构造函数

7.深拷贝与浅拷贝

编译器提供的拷贝都是浅拷贝，会导致内存重复释放

注意：如果属性是堆区开辟的内存，那么一定要实现深拷贝

class Person {
public:
    int age;
    int* hight;

    Person() {
        cout << "构造函数" << endl;
    }

    Person(int n) {
        cout << "构造函数" << endl;
    }

    Person(const Person &p) {
        age = p.age;
        hight = new int(*p.hight);
    }

    ~Person(){
        if (hight != NULL) {
            delete hight;
            hight = NULL;
        }
        cout << "析构函数" << endl;
    }
};

如果对象属性包含在堆创建的属性，那么析构进行回收，如果未实现深拷贝则会出现问题

8.初始化列表

class Person {
public:
    int m_a;
    int m_b;
    int m_c;

    Person(int a,int b,int c):m_a(a),m_b(b),m_c(c){

    }
    Person(const Person& p) {
        m_a = p.m_a;
        m_b = p.m_b;
        m_c = p.m_c;
    }

    ~Person() {
    
    }

};

int main() {
    Person p(10, 20, 30);
    return 0;
}

初始化列表可以在构造函数外实现参数的初始化

类对象作为成员：当 A 类的对象作为 B 类的成员时，创建B的时候首先创建 A ，析构的顺序相反（注意：如果传参使用参数列表，则A 创建一个对象，如果用赋值，则创建了2个对象，包括一个无参）

9.静态成员函数

静态成员变量

所有对象共享一份数据
在编译阶段分配内存
类内声明，类外访问

静态成员函数

所有对象共享一个函数
静态成员函数只能访问静态成员变量

class Person {
public:
    string age;
    static int high;

    static void print() {
        high = 200;
        //cout << age << endl;
        cout << high << endl;
    }
};
//静态成员变量类外初始化
int Person::high = 10;

int main() {
    //方式一、对象访问静态成员函数
    Person p;
    p.print();

    //方式二、通过类名访问
    Person::print();
    return 0;
}

10.c++ 对象模型与 this 指针

成员变量与成员函数分开存储

空对象占用内存空间为 1

如果非空对象，则对象的大小与成员属性（非静态）相关

class Person {
public:
    int age;
    static string name;
    void say() {}
};

int main() {
    Person p;
    cout << sizeof(p) << endl;
    return 0;
}

如果是空对象则为1 ，否则为普通成员函数的内存大小

注意：单独的double 占用8个字节，与其他字节组合，则占用8的倍数个字节

this 指针概念

指向被调用成员函数所属的对象
空指针可以访问成员函数，如果成员函数用到this ,才会报错

const 修饰的成员函数

成员函数加 const 后称为常含数
常含数不可修改属性
成员属性声明时加 mutable 之后，在常含数中依然可以修改

常对象

声明对象前加const 称为常对象
常对象只能调用常含数

this 指针本质是指针常量： Person * const this; 指针不可修改，值可修改。常含数加const 本质是： const Person * const this ,指针与值都不可修改

成员变量加特殊后可以修改： mutable

class Person {
public:
    int m_A;
    mutable int m_B;

    void say() const{
        //m_A = 10; 不可修改
        m_B = 20;
    }
};

int main() {
    const Person p;
    //p.m_A = 20; 不可修改
    p.m_B = 20;
    p.say();
    return 0;
}

11.友元

友元：目的是让全局函数、类、成员函数可以访问当前类的私有属性，关键词：friend

全局函数作有缘

类作友元

成员函数作友元

12.基本数据类型的大小

基本数据类型的大小（window系统）

32位系统

64位系统

注意：Linux 系统下 long 类型是 8 字节

VC++ 关于 sizeof(string) 为何28（x86）位与 40 (x64) 个字节

名称	X86 (字节数)	X64（字节数）
Allocator	4	8
原始字符传 Data 位置	15+1 最多包含15个字符加一个结束符‘’	15+1 最多包含15个字符加一个结束符‘’
字符长度 Size	4	8
当前容量 Capacity	4	8
总计	28	40

#include<iostream>
using namespace std;

/*
1.空结构体/类的对象大小位 1B
2.类有成员属性(单独)
    x64                        x86
    char  1b               　　 1b
    short 2b               　　 2b
    int  4b                    4b
    float 4b               　　 4b
    double 8b               　　8b
    long long 8b           　　 8b
    int * 8b                　　4b
    string 40b                 28b
3.组合类型
    x64                            x86
    char + char = 2                2
    char + short = 4           　　 4
    char + int  = 8                8
    char + float = 8           　　 8
    char + int * = 16          　　 8
    char + string = 48            32

    int + string =    48           32
    int + double =    16           16

    string + string = 80        56
    string + double = 48        40

    float + int * = 16            8
*/

class Person {
    float  age;
    int * name;
};

int main() {
    Person p;
    cout << sizeof(p) << endl;
    return 0;
}

13.运算符重载

运算符重载：可以对对象之间的运算符操作

+ 号运算符重载，通用函数 operator

#include<iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    int m_A;
    int m_B;

    //成员函数重载
    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;
    }
    
};

//全局函数重载
Person& operator-(Person &p1,Person &p2 ) {
    Person temp;
    temp.m_A = p1.m_A - p2.m_A;
    temp.m_B = p1.m_B - p2.m_B;
    return temp;
}

int main() {
    Person p1;
    p1.m_A = 10;
    p1.m_B = 10;
    Person p2;
    p2.m_A = 20;
    p2.m_B = 20;
    Person p3 = p1 - p2;
    cout << p3.m_A << endl;
    cout << p3.m_B << endl;
    return 0;
}

<< 重载，输出类

#include<iostream>
#include<string.h>
using namespace std;

class Person {
public:
    int m_A;
    int m_B;
};

ostream& operator<<(ostream &cout,Person &p) {
    cout << "m_A=" << p.m_A << ",m_B=" << p.m_B;
    return cout;
}

int main() {
    Person p1;
    p1.m_A = 10;
    p1.m_B = 10;
    cout << p1<<endl;
    return 0;
}

递减运算符重载

#include<iostream>
#include<string.h>
using namespace std;

//实现自定义Int 类型，并实现 -- 重载
class MyInt {
    friend ostream& operator<<(ostream& cout, MyInt m);
private:
    int number;
public:
    MyInt(){
        number = 0;
    }

    MyInt& operator--() {
        number--;
        return *this;
    }

    MyInt operator--(int) {
        MyInt temp = *this;
        number--;
        return temp;
    }
};

ostream& operator<<(ostream& cout, MyInt m) {
    cout << m.number;
    return cout;
}

int main() {
    MyInt m;
    //cout << --(--m) <<endl ;
    cout << (m--)-- << endl;
    cout << m << endl;
    return 0;
}

注意：

前置递减和后置的重载通过占位符

前置递减返回的是引用，可以连续操作，后置递减返回临时值，不能连续的操作

赋值运算符重载

编译器提供的赋值运算符实现的是浅拷贝，需要实现赋值运算符深拷贝运算符重载。

关系运算符重载

可以实现对象之间的等于与不等于比较

函数调用运算符重载

对象内部实现（）重载，可以通过对象调用。称为仿函数

匿名函数对象，创建匿名对象调用了函数运算符重载

14.继承

语法

class 类： public 父类{

}

子类也叫做派生类，父类也叫做基本

继承方式

公共继承与父类一致
保护继承父类共有变为保护
私有继承父类公共与保护变为私有

继承中的对象模型

父类中所有的属性都会被继承，私有成员属性是被隐藏的，无法访问

//利用开发人员命令工具查看对象模型

cl /d1  reportSingleClassLayout类名 文件名

C++ 允许多继承

多继承通过逗号分割

不建议使用多继承，多继承可能会出现同名的变量、函数，需要加作用域

菱形继承/钻石继承

问题：当多个父类中包含重复的属性时，多继承浪费资源且毫无意义

解决：虚继承 virtual （）

父类继承公共类的时候使用虚继承，（vbptr 虚基类指针）

vbptr 指向了 vbtable (虚基类表)，通过偏移量指向相同的数据

15.多态

静态多态：函数重载，运算符重载属于静态多态

动态多态：派生类与虚函数实现运行时多态

正常情况下，父类指向子类，指向的是父类的函数，因为是地址早绑定。要使用传入对象的方法，需要将父类的方法标记为 virtual ，即地址晚绑定

多态注意：子类要重写父类的虚函数(子类virtual 可以忽略)

原理：

父类指定virtual 函数后，内部多一个 vfpter 指针，指向虚函数表， vftable (该表存储虚函数地址)。

当子类重写虚函数后，继承 vfptr ,同时虚函数表存储的函数地址修改为子类的虚函数地址

纯虚函数

virtual 返回值类型函数名（参数列表） = 0；

当类中有纯虚函数，该类为抽象类，特点是无法实例化，子类必须重写纯虚函数

虚析构与纯虚析构

解决问题：当子类对象中内存开辟到堆区，多态下父类指针无法释放子类对象，会造成内存泄漏

将子类的析构函数用 virtual 修饰，改为虚析构，那么释放父类指针也会调用子类的析构

另一种解决办法：使用纯虚析构，将父类的析构改为纯虚析构，需要类外实现

#include<iostream>
using std::cout;
using std::endl;
using std::cin;

class Base {
public:
    Base() {
        cout << "base 构造" << endl;
    }

    virtual void speak() {
        cout<<"Base speak"<<endl;
    }

    virtual ~Base() {
        cout << "base 析构" << endl;
    }
};

class Son : public Base {
public:
    Son() {
        cout << "Son 构造" << endl;
    }

    void speak() {
        cout << "Son speak" << endl;
    }

     ~Son() {
        cout << "Son 析构" << endl;
    }
};

int main() {
    Base *base  = new Son;
    base->speak();
    delete base;
    return 0;
}

16.文件操作

C++ 中文件操作需要包含头文件 <fstream>

文件类型分为两中

文本文件以ASCII 码形式存储
二进制文件文件以文本的二进制形式存储，一般无法识别

操作文件的三大类

ofstream 写操作
ifstream　读操作
fstream 读写操作

打开方式

ios::in 为读文件而打开文件
ios::out 为写文件而打开文件
ios::ate 初始位置：文件尾
ios::app 追加方式写文件
ios::trunc 如果文件存在先删除，再创建
ios::binary 二进制方式

写文件案例

#include<iostream>
#include<fstream>
using namespace std;

int main() {

    ofstream ofs;
    ofs.open("text.txt",ios::out);
    ofs << "Hello,file ";
    ofs.flush();
    ofs.close();
    return 0;
}

读文件 ifstrean

#include<iostream>
#include<fstream>
#include<string>
using namespace std;

int main() {

    ifstream ifs;
    ifs.open("text.txt",ios::in);
    if (!ifs.is_open()) {
        cout << "文件打开失败" << endl;
    }
    //第一种读取
    /*
    char buff[1024] = {0};
    while (ifs >> buff) {
        cout << buff << endl;
    }
    */

    //第二种方式
    /*
    char buff[1024] = {0};
    while (ifs.getline(buff, sizeof(buff))) {
        cout << buff << endl;
    }
    */
    
    //第三种
    /*
    string buff;
    while (getline(ifs, buff)) {
        cout << buff << endl;
    }
    */

    //第四种 ,EOF 代表文件尾部
    char ch;
    while ((ch = ifs.get())!=EOF) {
        cout << ch;
    }

    ifs.close();
    return 0;
}

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