3CPP面向对象之—— 类对象（封装），继承

Posted 2021-05-29 想文艺一点的程序员

面向对象

• • 一、面向对象
  • • 1、类和对象
    • 2、对象内存
    • 3、this
    • 4、封装
  • 二、内存空间
  • • 1、内存空间
    • 2、堆内存
    • • 堆空间的初始化
    • 3、成员变量的初始化
  • 三、构造函数（constryctor）
  • • 1、构造函数的调用
  • 四、析构函数（Destructor）
  • • 1、内存清理
  • 五、程序优化
  • • 1、声明和实现分离
    • 2、命名空间
    • • 怎么使用命名空间？
      • 思考
      • 命名空间的嵌套、合并
  • 六、继承
  • • 1、继承的内存布局
    • 2、成员访问权限、继承方式
  • 七、初始化列表
  • • 1、思考：初始化列表的本质
    • 2、思考：**初始化的先后顺序**
    • 3、初始化列表与默认参数配合使用
  • 八、再论构造函数
  • • 1、构造函数的互相调用

回顾一下面向对象的知识点：

• 类、对象
• 成员变量、成员函数
• 封装、继承、多态

自己的编程习惯：

• 全局变量： g_xxx
• 成员变量：m_xxx
• 静态变量： s_xxx
• 常量： c_xxx

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一、面向对象

1、类和对象

类：相当于一个数据类型的定义

对象：相当于一个数据结构的实例化

在CPP 当中可以使用struct、 class来定义一个类，区别只是：默认权限不同

• struct 的默认成员权限是 public （外界都可以访问）
• class 的默认成员权限是 private （只有类内成员函数可以访问）

注意：实际开发中，用class表示类比较多，保留 struct 可能是为了让 C 程序员好过渡

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2、对象内存

分析：看起来我们的成员函数也写在 class 当中，为什么不占用对象的内存呢？

• 每个对象都有自己的独立空间，都有属于自己的成员变量。（都有自己独特的属性，属性即成员变量）
• 因为每个对象的成员函数都一样，没有必要搞很多份，共用一份就可以。（共用一份方法）

问题：怎么知道使用成员函数的时候，成员函数要访问成员变量，怎么知道它访问的是哪一个成员变量？

答：通过 this 指针

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对象的内存可以存在于 3 个地方

• 全局区（数据段）：全局变量
• 栈空间：函数里面的局部变量
• 堆空间：动态申请内存（malloc、 new等）

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3、this

发明的目的：成员函数只有一份，怎么做到成员函数当中的成员变量不同。

解决问题：哪个对象调用成员函数，那么就把这个对象的地址保存下来，通过这个地址就可以找到这个对象的属性。

通过指针的方式来调用成员函数（传入的是 p 的值）

疑问：如果我们将 p 的值更改，那么通过指针访问的 this 的值是不是也会更改？

验证： p的值 == this 的值？？

结论：p的值 == this 的值

注意：-858993460 其实是 0xcc， 二进制的 0xcc 其实一个中断向量。

因为栈空间是每次都要使用的，所以肯定是脏的，系统每次都会自动填充 0xcc，意义是断点，让 cpu 停下来，不要瞎运行。

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4、封装

定义：

• 即隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口，控制在程序中属性的读和修改的访问级别；
• 将抽象得到的数据和行为（或功能）相结合，形成一个有机的整体，也就是将数据与操作数据的源代码进行有机的结合，形成“类”，其中数据和函数都是类的成员。

我的理解：

• private属性 ：隐藏了类内的属性，不能让外界函数进行调用。 （对于 C 语言来说就没有这样的特性）

• 成员变量私有化，提供公共的getter和setter给外界去访问成员变量

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二、内存空间

1、内存空间

栈空间（.stack）

• 每调用一个函数就会给它分配一段连续的栈空间，等函数调用完毕后会自动回收这段栈空间

• 自动分配和回收

堆空间（.heap）

• 需要主动去申请和释放

代码段(.text)

• 用于存放代码

数据段(.data)

• 数据段（全局区)：整个程序运行当中都存在的东西

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2、堆内存

目的：在程序运行过程，为了能够自由控制内存的生命周期、大小，会经常使用堆空间的内存

分析：如果没有堆空间那会发生什么？

（1）假设开发植物大战僵尸，所有僵尸对象、 植物对象、子弹对象等等全部放到全局区，会发生什么？

• 这些对象将无法回收，这些对象将会永远放在内存当中。

（2）假设开发植物大战僵尸，所有僵尸对象、 植物对象、子弹对象等等全部放到栈区，会发生什么？

• 如果放在函数里面，函数退出即僵尸死亡。
• 而实际是 当僵尸的血量（属性）没有之后才死亡。

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堆空间的申请和释放：

• malloc \\ free ：是一个函数，C 语言当中也可以使用。 （返回申请的首字节地址）
• new \\ delete ：是一个函数，C++ 当中才可以使用。（new \\ delete 比 malloc \\ free 多一些特性，在构造函数的时候再分析）
• new [ ] \\ delete [ ]

现在的很多高级编程语言不需要开发人员去管理内存（比如Java），屏蔽了很多内存细节，利弊同时存在

• 利：提高开发效率，避免内存使用不当或泄露
• 弊：不利于开发人员了解本质，永远停留在API调用和表层语法糖，对性能优化无从下手

注意：

• malloc 的返回值是 void ( ) 类型的，然后通过强制转化从而达到我们想要访问的效果*。

• 函数调用完成之后，栈空间消失，堆空间的内存并不能消失，必须通过 free 来进行释放。

  

• new、delete

• 内存空间不足，会导致申请堆空间失败，返回 NULL ，所以每次申请之后，我们可以检测一下有没有申请成功。

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堆空间的初始化

探讨一：我们刚申请堆空间的时候，平台会帮我们进行初始化吗？

答案：windows 下的 VS 并不会帮助我们进行初始化。

探讨二：我们为什么要进行初始化？

• 如果不进行初始化，可以看出指针内部的值是乱的。
• 如果我们这个变量是一个很重要的值，比如控制电流大小，如果出现值很大，那么就会很危险。

探讨三：C++ 当中有几种初始化？

• 加一个 圆括号 ：本质还是添加 圆括号 之后，new 函数内部调用了 memset 函数

int *p2 = new int( );

• 加一个 圆括号 ，圆括号里面加一个 5

• 申请连续数组的空间

int *p3 = new int[3] ；  // 未初始化
int *p3 = new int[3] { }；  //将所有元素初始化为 0  
int *p3 = new int[3] { 5 }；  // 将第一个元素 初始化为 5

• 通过 memset 的方式来进行初始化：是将较大的数据结构（比如对象、数组等）内存清零的比较快的方法

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3、成员变量的初始化

• 前提是默认情况下会不会帮助我们进行初始化。
• 如果使用构造函数的话，肯定会通过调用构造函数来进行初始化。

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另外一种情况：我们写一个空的、无参的构造函数，看看会不会进行初始化？

结论：

如果没有定义构造函数

• 全局区会被初始化为 0
• 栈空间不会进行初始化，
• 堆空间加括号之后，会进行初始化。

如果自定义了构造函数

• 全局区会被初始化为 0
• 栈空间、堆空间 并不会进行初始化 ，需要开发人员手动初始化。（不管怎么 new 都不会进行初始化）

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有一种做法，不管什么情况，都会初始化为 0

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三、构造函数（constryctor）

• 面向对象的语言，都有这个功能。
• 构造函数（也叫构造器），在对象创建的时候自动调用，一般用于完成对象的初始化工作。

特性：

• 函数名与类同名，无返回值，但是不可以写 void
• 可以有参数，可以重载， 可以重载就是说可以有多个同名的构造函数。
• 一旦自定义了构造函数，必须用其中一个自定义的构造函数来初始化对象 （第 2 个图）

注意：通过 malloc 分配的对象不会调用构造函数， 通过 new 分配的对象会调用构造函数。

• 所以 new 比 malloc 会多做一些事情。
• 所以 我们在 C++ 当中一定要使用 new 。

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一个广为流传的、很多教程\\书籍都推崇的错误结论：默认情况下，编译器会为每一个类生成空的 无参 的构造函数

正确理解：在某些特定的情况下，编译器才会为类生成空的无参的构造函数

其中的一种情况：

还有哪些特定的情况？以后再提

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1、构造函数的调用

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eH4FErfb-1621958053575)(C:\\Users\\duxingdong\\AppData\\Roaming\\Typora\\typora-user-images\\image-20210524222001649.png)]

可以发现，少了两个构造函数。这两个被看作是 函数声明。

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四、析构函数（Destructor）

• 面向对象的语言，都有这个功能。
• 析构函数（也叫析构器），在对象销毁的时候自动调用，一般用于完成对象的清理工作。

特点：

• 无返回值（void都不能写）。

• 函数名以~开头，与类同名。

• 无参，不可以重载，有且只有一个析构函数。

注意：

• 通过malloc分配的对象free的时候不会调用析构函数
• 构造函数、析构函数要声明为 public，才能被外界正常使用

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1、内存清理

我们知道在对象销毁的时候，会调用析构函数，那么我们在析构函数当中需要做哪些内存清理的工作？

（1）我们用不用清理对象内部的成员变量？

答：不需要，因为在函数结束的时候，我们的对象会被销毁了，栈空间会自己进行回收。

疑问：那么我们析构函数到底要做什么内存清理工作呢？

案例：

#include <iostream>
using namespace std;

struct Car
{
	int m_price;

	Car()
	{
		cout << "Car::Car() " << endl;
	}
	~Car()
	{
		cout << "Car::~Car() " << endl;
	}
};

struct Person
{
	int m_age;
	Car *m_car; // 包含一个指针，为了使用堆内存

	// 用来做一些 初始化的工作
	Person()
	{
		m_age = 0;     
		m_car = new Car(); // 初始化指针

		cout << "Person::Person()" << endl;
	}
	// 用来做一些 内存清理的工作
	~Person() 
	{
		cout << "Person::~Person()" << endl;
	}
};

int main()
{
	{
		Person p1;
	}


	getchar();
	return 0;
}

分析：

• person 类当中包含了 car 类
• person 类当中定义一个 car 类的指针，是为了在堆内存当中使用对象。

运行结果：可以发现car 的对象被定义了，但是没有执行它的析构函数。

Car::Car( )
Person::Person( )
Person::~Person( )

因为：car 对象并没有销毁，所以会造成内存泄露。

解决：在析构函数当中销毁（因为人都不在了，要汽车也没用了）

	~Person() 
	{
		delete m_car;
		cout << "Person::~Person()" << endl;
	}
// 运行结果
Car::Car()
Person::Person()
Car::~Car()
Person::~Person()

如果不在析构函数当中清理，在外面清理，那就太麻烦了。

• 一个对象在栈空间，另外一个对象在堆空间

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• 两个对象都在栈空间

• 两个对象都在堆空间

• 两个对象都在堆空间 （在类内定义，那么就应该在类内进行回收）

总结一句话：在类内定义的变量，那么就应该在类内的析构函数进行回收

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五、程序优化

1、声明和实现分离

• 在 .h 文件 当中进行声明
• 在 .c 文件 当中进行实现

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2、命名空间

• 命名空间可以用来避免命名冲突

什么是命名冲突呢？

解决办法：

• 使用命名空间来解决
• 相当于我们户口登记，一个城市是一个命名空间。

• 也可以通过增加前缀来解决这个问题（但是不灵活）

class zhangsan_Person
{
    
};

class lisi_Person
{
    
}；

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怎么使用命名空间？

• 在类名称前面添加 命名空间

• 使用 using namespace 命令

  

解析 ：using namespace std; 命令

如果没有这条指令：很多标准函数，我们必须添加前缀

std :: cout << "hello_world" << std :: cin;

如果使用了这条指令，我们就不需要添加前缀了

using namespace std;
cout << "hello world" << endl;

所以肯定有一个文件在 std 的命名空间当中实现了很多标准函数

namespace std
{
    	cout(  )
        {
            
        }
    	
    	cint ( )
        {
            
        }
}

• 使用命名空间 单独访问命名空间某个元素。

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思考

同时使用两个命名空间，可以编译通过吗？

解决：可以使目标明确一点，前面加上作用域，就不会有二义性了。

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命名空间的嵌套、合并

• 有个默认的全局命名空间
• 我们创建的命名空间默认都嵌套在 全局命名空间 里面

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命名空间的合并：

应用场景：

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六、继承

含义：可以让子类拥有父类的所有成员（变量\\函数）

问题：如果两个类当中有很多相同的特性，也有很多自己的特性。

• 我们应该将共性的东西抽离出来作为父类。
• 将 特性的东西留下来，然后让他们去继承父类。

关系描述：

• Student 是子类（subclass，派生类）
• Person 是父类（superclass，超类）

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1、继承的内存布局

• 父类成员在前面
• 子类成员在后面

明确一点：子类对象到最后确实占用空间很大，因为包含了基类的所有成员。

问题：如果基类的成员没有用到，那么子类的空间不就浪费了吗？

• 如果整个程序的所有对象，都没有用到，那确实是浪费了。

• 但是如果有一个对象用到，那就不能算是浪费。

• 这个不是 C++ 本身语法的问题，而是写代码的人的问题，既然所有对象都用不到，那么为什么要将他设计进去。

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2、成员访问权限、继承方式

首先 成员访问权限 有三种：

• public：公共的，任何地方都可以访问（struct默认），可以被继承
• protected：子类内部、当前类内部可以访问， 也可以被继承
• private：私有的，只有当前类内部可以访问（class默认） ，子类也没有访问权限

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其次 子类继承父类的方式 也有三种：

• public：保持原来基类的所有属性权限 （同理 struct 默认是 public 继承）
• protected：
• private：将继承来的成员变量，重新进行修饰 （同理 class 默认是 private 继承）

对继承方式的理解：对所继承的成员变量，进行权限修饰。

总结：GoodStudent 能不能访问父类当中的成员取决于两点:

• Person 当中使用什么权限?
• Student 使用什么方式继承?
• GoodStudent 的访问权限，就是上面两者的权限最小的。

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一般我们写 public 继承：

• public 继承可以很好的将父类原有的权限继承下来。

• 因为取权限的最小值，所以原来是 protected ，继承之后还是 protected

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问题：既然我们子类没有访问父类 private 成员的权限，那么这个成员还会被继承下来吗？这个成员还占用内存吗？

答：访问权限不影响继承的内存布局

• 会将成员继承下来
• 只是我们不能直接进行访问，但是对象内存当中还是有这个变量。
• 我们可以通过封装进行间接访问。

问题：既然我们不能直接访问，那么留下这个成员变量还有什么意义？

• 封装
• 间接访问
• 如果我们子类对象内存当中都没有 m_age 这个变量， 这些 API 也根本不可以进行更改。

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七、初始化列表

发明目的：顾名思义，初始化列表，就是为了初始化发明的。

特点：

• 只能用在构造函数中
• 一种 便捷的初始化成员变量 的方式
• 初始化顺序只跟成员变量的声明顺序有关

怎么理解更加便捷呢？

• 可以通过汇编代码来分析，底层其实是一样的。

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1、思考：初始化列表的本质

m_age、 m_height的值是多少？

答案： 23， 183。

总结：

• m_age = 和 m_height 的等号右边能放什么，初始化别表的小括号里面就可以放什么。

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2、思考：初始化的先后顺序

我们想：如果我们先初始化 m_height 的话，那么 m_age 就不会是乱码了。

尝试一：更改初始化列表的变量的顺序

尝试二：更改 成员变量声明的顺序：

总结：

• 成员变量的初始化顺序，只和成员变量的定义相关。
• 成员变量的初始化值， 取决于初始化列表当中对应变量小括号里面的值。

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3、初始化列表与默认参数配合使用

可以实现一种效果：仿佛有三种构造函数

• 无参的（全部使用默认参数）
• 有一部分参数（部分使用默认参数，部分使用传入的参数）
• 全部是指定参数（全部使用传入的参数）

注意：如果函数声明和实现是分离的（声明在类里面，实现在类外面）

• 初始化列表只能写在函数的实现中
• 默认参数只能写在函数的声明中

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八、再论构造函数

1、构造函数的互相调用