C++面向对象语法总结(三）

发布时间：2024年01月03日

二十一、多继承

  • C++允许一个类可以有多个父类（不建议使用，会增加程序设计复杂度）
  • 在多继承中，会按照继承顺序将父类的成员变量放到子类成员变量的前面
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  • 多继承体系中，子类调用父类构造函数只需要在初始化列表中调用即可
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  • 如果子类继承的多个父类都有虚函数，那么子类对象就会产生对应的多张虚表
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  • 如果子类和父类中都有相同的同名函数，直接调用会调用子类中的函数，调用父类中的同名函数需要显式指定父类名称
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  • 如果子类和父类都具有同名的成员变量，直接调用会调用子类的成员变量，如果需要调用父类的成员变量，需要显式指定调用的父类
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二十二、菱形继承

  • 菱形继承指的是两个类继承了一个超类，然后有一个子类又多继承了这两个类，其继承关系图类似于菱形
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  • 菱形继承的问题

    • 最底下的子类从积累继承的成员变量冗余、重复
    • 最底下的子类无法访问基类的成员，有二义性
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二十三、虚继承

  • 虚继承指的是在继承的类前面加上virtual关键字
  • 虚继承可以解决菱形继承带来的问题
  • Person类被称为虚基类
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  • 虚继承会增加内存中的数据量，在虚继承中，虚表中一般会包含两个偏移量
    • 虚表指针于本类起始的偏移量（一般是0）
    • 虚基类第一个成员变量与本类起始的偏移量
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  • 虚继承的内存图（32位环境）
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二十四、静态成员（static）

  • 静态成员：被static修饰的成员变量或函数

    • 可以通过对象（对象.静态成员）、对象指针（对象指针 -> 静态成员）、类（类::静态成员）来访问静态成员变量或函数

  • 静态成员变量

    • 存储在数据段（全局区，类似于全局变量），整个程序运行过程中只有一份内存
    • 对比全局变量，它可以设定访问权限（public、protected、private），达到局部共享的目的
    • 必须初始化，而且必须在类的外面初始化，初始化时不能带static，如果累的声明和实现分离，需要在实现（cpp文件）中初始化
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  • 静态成员函数

    • 内部不能使用this指针（this指针只能用在非静态成员函数内部）
    • 不能是虚函数（虚函数只能是非静态成员函数）
    • 内部不能访问非静态的成员变量和函数，只能访问静态的成员变量和函数
    • 非静态成员函数内部可以访问静态成员变量和函数
    • 构造函数、析构函数不能是静态
    • 当声明和实现分离时，实现部分不能带static

  • 静态成员经典应用——单例模式
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二十五、const成员

  • const成员：被const修饰的成员变量、非静态成员函数
  • const成员变量
    • 必须初始化（类内部初始化），可以在声明的时候直接初始化赋值
    • 非static的const成员变量还可以再初始化列表中初始化
  • const成员函数（非静态）
    • const关键字写在参数列表后面，函数的声明和实现都必须带const
    • 内部不能修改非static成员变量
    • 内部只能调用const成员函数，static成员函数
    • 非const成员函数可以调用const成员函数
    • const成员函数和非const成员函数构成重载
    • 非const对象（指针）优先调用非const成员函数
    • const对象（指针）只能调用const成员函数、static成员函数
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二十六、引用类型成员

  • 引用类型成员变量必须初始化（不考虑static情况）
    • 在声明的时候直接初始化
    • 通过初始化列表初始化
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二十七、拷贝构造函数（Copy Constructor）

  • 拷贝构造函数是构造函数的一种
  • 当利用已存在的对象创建一个新对象（类似于拷贝），就会调用新对象的拷贝构造函数进行初始化
  • 拷贝构造函数格式是固定的，接受一个const引用作为参数
  • 类中默认的拷贝构造函数是直接拷贝已有对象的内存，当对象中有指针变量时，也是拷贝的指针变量的值，而不是指针变量指向的对象，所以是浅拷贝
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  • 继承体系中调用父类的拷贝构造函数直接在初始化列表显式调用，继承体系中默认也会直接拷贝父类对象的内存（因为变量的内存是连续的）
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  • 拷贝构造函数的使用
    • 下面代码中，car2、car3都是通过拷贝构造函数初始化的，car、car4是通过非拷贝构造函数初始化的
    • 变量前面有类型是新建对象的操作，没有类型是赋值操作，如car4=car3就是复制操作（默认是浅拷贝），并不会调用拷贝构造函数
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二十八、浅拷贝、深拷贝

  • 对于指针变量，如果只是拷贝了指针的地址，并没有拷贝指向的具体的值，叫做浅拷贝，如果拷贝了指向的值，就叫做深拷贝
  • 编译器默认提供的拷贝是浅拷贝
    • 将一个对象中所有成员变量的值拷贝到另一个对象（直接拷贝内存中的值）
    • 如果某个成员变量是指针，只会拷贝指针中存储的地址值，并不会拷贝指针指向的内存空间的值
    • 可能会导致堆空间多次free的情况，因为浅拷贝拷贝的是地址，在拷贝的不同对象中free内存，实际上释放的是同一个内存空间
  • 如果需要实现深拷贝，就需要自定义拷贝构造函数
    • 将指针类型的成员变量所指向的内存空间内的值，拷贝到新的内存空间
  • 深拷贝示例
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二十九、对象型参数和返回值

  • 使用对象类型作为函数的参数或者返回值，是进行了对象拷贝的，可能会产生一些不必要的中间对象
  • 函数参数默认是拷贝传递，所以作为对象参数，也会拷贝
  • 因为函数栈中的对象调用完会释放，所以作为返回值的时候，编译器必须进行拷贝，原来函数中的对象已经释放了
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三十、匿名对象（临时对象）

  • 匿名对象：没有变量名、没有被指针指向的对象，用完后马上调用析构
  • 匿名对象作为实参和返回值时，编译器会做优化，只会产生一个对象，调用一次构造函数
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三十一、隐式构造

  • c++ 中存在隐式构造的现象：在某些情况下，会隐式调用单参数的构造函数
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  • 可以通过关键字explicit禁止掉隐式构造
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三十二、编译器自动生产构造函数的情况

  • c++的编译器在某些特定的情况下，会给类自动生成无参的构造函数，比如

    • 成员变量在声明的同时进行了初始化
    • 有定义虚函数
    • 继承了其他的类
    • 包含了对象类型成员，且这个成员有构造函数（编译器生成或自定义）
    • 父类有构造函数（编译器生成或自定义）

  • 对象创建后，需要做一些额外的操作时（比如内存操作、函数调用），编译器一般都会为其自动生成无参的构造函数

  • 并不是所有情况都会生成无参的构造函数

三十三、内部类

  • 如果将类A定义在类C的内部，那么类A就是一个内部类（嵌套类）
  • 内部类的特点
    • 支持public、protected、private权限
    • 成员函数可以直接访问其外部类的所有成员（反过来则不行）
    • 成员函数可以直接不带类名、对象名访问其外部类的static成员
    • 不会影响外部类的内存布局
    • 可以在外部类内部声明，在外部类外面进行定义
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  • 内部类声明和实现分离的写法
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三十四、友元

  • 友元包括友元函数和友元类
  • 如果将函数A（非成员函数）声明为类C的友元，那么函数A就能直接访问类C对象的所有成员
  • 如果将类A声明为类C的友元，那么类A中的所有成员函数都能直接访问类C对象的所有成员
  • 友元破坏了面向对象的封装性，但在某些频繁访问成员变量的地方可以提高性能
  • 友元的声明可以在类的任何位置
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三十五、局部类

  • 在一个函数内部定义的类，称为局部类
  • 局部类的特点
    • 作用域仅限于所在函数内部
    • 其所有成员必须定义在类内部，不允许定义static成员变量
    • 成员函数不能直接访问函数的局部变量（static变量除外）
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后记
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