c++核心编程

本阶段主要针对c++面向对象编程技术做详细讲解，探讨c++中的核心和精髓

一、内存分区模型

c++程序在执行前，将内存大方向划分为4个区域

• 代码区：存放函数体的二进制代码，由操作系统进行管理
• 全局区：存放全局变量和静态变量以及常量
• 栈区：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等
• 堆区：由程序员分配和释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

内存四区意义：不同区域存放的数据，赋予不同的生命周期，给我们更大的灵活编程

1 程序执行前

在程序编译后，生成EXE可执行程序，未执行该程序之前分为两个区域

代码区：

​ 存放cpu执行的机器指令

​ 代码区是共享的，共享的目的是对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可

​ 代码区是只读的，使其只读的原因是防止程序意外地修改了它的指令

全局区：

​ 全局变量、静态变量和常量存放在此

​ 全局区还包含了常量区，字符串区和其他变量也存放在此

​ 该区域的数据在程序结束后由操作系统释放

​ 全局变量：不在main函数及其他函数中的变量

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 10;
	cout << "局部变量a的地址为：" << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量b的地址为：" << (int)&b << endl;
	cout << "全局变量g_a的地址为：" << (int)&g_a << endl;
	cout << "全局变量g_b的地址为：" << (int)&g_b << endl;
	//静态变量，在普通变量前加static，属于静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;
	cout << "静态变量s_a的地址为：" << (int)&s_a << endl;
	cout << "静态变量s_b的地址为：" << (int)&s_b << endl;
	cout << "字符串常量的地址为：" << (int)&"helloworld" << endl;

	cout << "常量之中const修饰的全局常量c_g_a的地址为：" << (int)&c_g_a << endl;
	cout << "常量之中const修饰的全局常量c_g_b的地址为：" << (int)&c_g_b << endl;

	const int c_l_a = 10;
	const int c_l_b = 10;
	cout << "常量之中const修饰的局部变量c_l_a的地址为：" << (int)&c_l_a << endl;
	cout << "常量之中const修饰的局部变量c_l_b的地址为：" << (int)&c_l_b << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2.程序运行后

栈区

​ 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量等

​ 注意事项：不要返回局部变量的地址，栈区开辟的数据由编译器自动释放

#include<iostream>
using namespace std;
int* func()
{
	int a = 10;           //这个局部变量存放在栈区，栈区的数据在函数执行完之后自动释放
	return &a;
}
int main()
{
	int* p = func();
	cout << *p << endl;   //第一次可以打印正确的数字，是因为编译器做了保留
	cout << *p << endl;   //第二次这个数据就不再保留
	system("pause");
	return 0;
}

但是在x64位的情况下，第二次的数据还会保留

堆区

​ 由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收

​ 在c++中主要利用new在堆区开辟内存

#include<iostream>
using namespace std;
int* func()
{
	int* p = new int(10);         //new int(10)这里返回的是地址编号
	return p;
}
int main()
{
	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;	            //堆区的数据由程序员分配释放
	system("pause");                //若程序员不释放，程序结束时由操作系统回收
	return 0;
}

3. new操作符

c++利用new操作符在堆区开辟内存

堆区开辟的数据空间，由程序员手动开辟，手动释放，释放利用操作符delete

语法：new 数据类型

利用new创建的数据，会返回该数据对应的类型的指针

#include<iostream>
using namespace std;
//1.new的基本语法
int* func()
{
	int* p = new int(10);         //在堆区创建一个整型数据，new返回的是该数据类型的指针
	return p;                     //new一个什么类型，返回一个什么类型的指针
}
void test01()
{
	int* p = func();
	cout << *p << endl;
	cout << *p << endl;
	delete p;                    //程序员利用delete对堆区数据进行释放
	cout << *p << endl;          //释放之后再对其进行输出则会报错     
}
int main()
{
	test01();
	system("pause");
	return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
//2.利用new创建堆区数组
void test02()
{
	int* arr = new int[10];        //堆区创建数组的语法
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		arr[i] = i + 100;
	}
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}
	delete[]arr;                    //堆区数组的释放语法
	for (int i = 0; i < 10; i++)    //释放之后再输出就会报错
	{
		cout << arr[i] << endl;
	}
}

int main()
{
	test02();
	system("pause");
	return 0;
}

二、引用

1. 引用的基本使用

作用：给变量起别名

语法：数据类型 &别名=原名

引用类型要与原名类型一致

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	cout << "改变之前a=" << a << endl;
	cout << "改变之前b=" << b << endl;
	b = 1000;
	cout << "改变之后a=" << a << endl;
	cout << "改变之后b=" << b << endl;
}
/*输出结果为
改变之前a=10
改变之前b=10
改变之后a=1000
改变之后b=1000
*/

2.引用注意事项

• 引用必须初始化
• 引用在初始化后，不可以被改变

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	int& b = a;
	//int& c;            //会报错，引用必须初始化
	int c = 20;
	b = c;               //这是赋值操作，不是更改引用
	//&b = c;             //编译器报错，这是更改引用，不能这样做——不可以更改引用
	cout << a << endl;
	cout << b << endl;
	cout << c << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

3.引用做函数参数

作用：函数做参时，可以利用引用的技术让形参修饰实参

优点：可以简化指针修改实参

#include<iostream>
using namespace std;
//1.值传递
void myswap01(int a, int b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;
	cout << "值传递中的a=" << a << endl;
	cout << "值传递中的b=" << b << endl;
}
//2.地址传递
void myswap02(int* a, int* b)
{
	int temp = *a;
	*a = *b;
	*b = temp;

}
//3.引用传递
void myswap03(int& a, int& b)
{
	int temp = a;
	a = b;
	b = temp;

}
int main()
{
	int a = 10;
	int b = 20;
	myswap01(a, b);
	cout << "值传递交换后的a=" << a << endl;
	cout << "值传递交换后的b=" << b << endl;
	myswap02(&a, &b);
	cout << "地址传递交换后的a=" << a << endl;
	cout << "地址传递交换后的b=" << b << endl;
	myswap03(a, b);
	cout << "引用传递交换后的a=" << a << endl;
	cout << "引用传递交换后的b=" << b << endl;
	system("pause");
	return 0;
}
/*
值传递中的a=20
值传递中的b=10
值传递交换后的a=10
值传递交换后的b=20
地址传递交换后的a=20
地址传递交换后的b=10
引用传递交换后的a=10
引用传递交换后的b=20
*/

4.引用做函数返回值

作用：引用是可以作为函数的返回值而存在的

注意：不要返回局部变量引用

用法：函数调用作为左值

#include<iostream>
using namespace std;
//1.不要返回局部变量的引用
int& test01()         //如果不加那个&符的话，会报错
{
	int a = 10;
	return a;
}
int main()
{
	int& b = test01();
	cout << b << endl;         //第一次可以成功输出，是因为编译器做了保留
	cout << b << endl;        //第二次结果错误，是因为局部变量在栈区，函数运行结束释放
	system("pause");
	return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
//2.函数的调用可以作为左值
int& test02()
{
	static int a = 10;         //静态变量，存放在全局区
	return a;                 //全局区上的数据在程序结束后系统释放
}
int main()
{
	int& b = test02();
	cout << b << endl;
	cout << b << endl;
	test02() = 1000;        //如果函数的返回值是引用，这个函数调用可以作为左值
	cout << b << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

5.引用的本质

本质：引用的本质在c++内部实现是一个指针常量

#include<iostream>
using namespace std;
void func(int& ref)
{
	ref = 100;    //ref是引用，转换为*ref=100
}
int main()
{
	int a = 10;
	//自动转化为int * const ref=&a;指针常量是指针指向不可改，也说明为什么引用不可更改
	int& ref = a;
	ref = 20; //内部发现ref是引用，自动帮我们转换为*ref=20;
	cout << "a:" << a << endl;
	cout << "ref:" << ref << endl;
	func(a);
	system("pause");
	return 0;
}

6.常量引用

使用场景：修饰形参，防止误操作

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
	int a = 10;
	//int& ref = 10;        //这句是错误的，引用必须引用一块合法的内存空间（栈区或堆区数据）
	const int& ref = 10;
	//编译器内部  int temp=10;const int &ref=temp;
	//ref = 20;             //这句也是错误的，加入const之后ref变为只读，不可修改
	system("pause");
	return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
void showValue(int& value)
{
	value = 1000;
	cout << "value=" << value << endl;
}
void showValue1(const int& value)
{
	//value = 1000;     此句报错，此函数中value的值不可以被修改
	cout << "value=" << value << endl;
}
int main()
{
	int a = 10;
	showValue(a);
	cout << "函数调用之后的a=" << a << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

三、函数提高

1.函数默认参数

在c++中，函数的形参列表中的形参可以有默认值

语法：返回值类型 函数名 (参数=默认值) {}

#include<iostream>
using namespace std;
int func(int a, int b = 20, int c = 30)
{
	return a + b + c;
}
int main()
{
	cout << func(10) << endl;
	cout << func(10, 30) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

注意：

1. 如果自己传入，用自己传入的数据，如果没有，则用默认值
2. 如果某个位置已经有了默认参数，那么从这个位置往后，从左往右必须有默认值
3. 如果函数声明已经有默认参数，函数实现就不能有默认参数，否则会造成二义性，程序报错

#include<iostream>
using namespace std;
int func(int a = 10, int b = 20, int c = 30);
int func(int a = 10, int b = 20, int c = 30)   //会报错，因为有二义性，编译器不知道是跟随声明还是实现
{
	return a + b + c;
}
int main()
{
	cout << func(10) << endl;
	cout << func(10, 30) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
int func(int a = 10, int b = 20, int c = 30);
int func(int a, int b, int c)   //会有二义性，编译器不知道是跟随声明还是实现
{
	return a + b + c;
}
int main()
{
	cout << func(10) << endl;
	cout << func(20, 60, 50) << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

2.函数占位参数

c++中函数的形参列表里可以有占位参数，用来做占位，调用函数时必须填补该位置

语法：返回值类型 函数名 (数据类型){}

在现阶段函数的占位参数意义不大，但后面的课程会用到该技术

#include<iostream>
using namespace std;
//占位参数
//现阶段占位时，只能用到第一个10，用不到第二个占位的那个整型数据
void func(int a, int)
{
	cout << "this is func" << endl;
}
void func1(int a, int = 30)
{
	cout << "this is func1" << endl;
}
int main()
{
	func(10, 5);
	func1(10, 20);
	system("pause");
	return 0;
}

3.函数重载

3.1 函数名重载

作用：函数名可以相同，提高复用性

函数重载满足条件：

1. 同一个作用域下
2. 函数名相同
3. 函数参数类型、个数、顺序不同

函数的返回值不可以作为函数重载的条件

#include<iostream>
using namespace std;
//函数重载
//1.在同一个作用域下，即都不在main函数都为全局作用域
void function()
{
	cout << "function()的调用" << endl;
}
void function(int a)
{
	cout << "function（int a）的调用" << endl;
}
void function(double a)
{
	cout << "function（double a）的调用" << endl;
}
void function(int a, double b)
{
	cout << "function（int a,double b）的调用" << endl;
}
void function(double a, int b)
{
	cout << "function（double a,int b）的调用" << endl;
}
int main()
{
	function();
	function(10);
	function(3.1415);
	function(10, 3.1415);
	function(3.1415, 20);
	system("pause");
	return 0;
}

3.2 函数重载注意事项

• 引用作为重载条件
• 函数重载碰到函数默认参数

当函数重载碰到默认参数，会出现二义性，程序会报错，尽量避免

#include<iostream>
using namespace std;
//1.引用作为重载条件
void fun(int& a)
{
	cout << "fun(int &a)调用" << endl;
}
void fun(const int& a)
{
	cout << "fun(const int& a)调用" << endl;
}
int main()
{
	int a = 10;
	fun(a);     //调用第一个函数
	fun(10);    //调用第二个函数
	system("pause");
	return 0;
}

#include<iostream>
using namespace std;
//2.函数重载有默认参数
void fun(int a, int b = 10)
{
	cout << "fun(int a,int b=10)调用" << endl;
}
void fun(int a)
{
	cout << "fun(int a)调用" << endl;
}
int main()
{
	int a = 10;
	//fun(a);            //会报错，因为两个函数都可以
	fun(10, a);
	system("pause");
	return 0;
}

四、类和对象

c++中面向对象的三大特性为:封装、继承、多态

c++认为万事万物都皆为对象，对象有其属性和行为

具有相同性质的对象，可以抽象为类。

eg：

人可以作为对象，属性有姓名、年龄、身高、体重…，行为有走、跑、跳、吃饭、唱歌…

1.封装

1.1 封装的意义

封装是c++面向对象三大特性之一

封装的意义：

• 将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物
• 将属性和行为加以权限控制

封装意义一：

在设计类的时候，属性和行为写在一起，表现事物

语法：class 类名 {访问权限 : 属性/行为};

#include<iostream>
using namespace std;
const double PI = 3.14;
//设计一个圆类，求圆的周长
class Circle
{
	//访问权限
public:
	//属性,一般使用变量
	int m_r;
	//行为，一般使用函数
	double calculateZC()
	{
		return 2 * PI * m_r;
	}
};
int main()
{
	//通过圆类 创建具体的圆（对象）
    //实例化——（通过一个类，创建一个对象的过程）
	Circle c1;
	c1.m_r = 10;  //给属性赋值
	cout << "圆的周长为：" << c1.calculateZC() << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

示例：设计一个学生类，属性有姓名和学号，可以给学生的姓名和学号赋值，可以显示学生的姓名和学号

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
//设计学生类
class Student
{
	//访问权限
public:     //公共权限
	//属性,一般使用变量
	string m_Name;   //姓名
	int m_Id;        //学号

	//行为，一般使用函数
	void showStudent()
	{
		cout << "姓名为：" << m_Name << '\t';
		cout << "学号为：" << m_Id << endl;
	}
};
int main()
{
	//通过学生类 创建具体的学生（对象）
	Student s1;
	s1.m_Name = "张三";
	s1.m_Id = 1;
	//显示学生信息
	s1.showStudent();

	Student s2;
	s2.m_Name = "李四";
	s2.m_Id = 2;
	//显示学生信息
	s2.showStudent();
	system("pause");
	return 0;
}

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
//设计学生类
class Student
{
	//访问权限
public:     //公共权限

	//类中的属性和行为，一般统称为成员
	// 属性   也称为成员属性  成员变量
	// 行为   也称为成员函数  成员方法
	//属性,一般使用变量
	string m_Name;   //姓名
	int m_Id;        //学号

	//行为，一般使用函数
	void showStudent()
	{
		cout << "姓名为：" << m_Name << '\t';
		cout << "学号为：" << m_Id << endl;
	}
	//2.利用行为给属性赋值
	void setName(string name)
	{
		m_Name = name;
	}
	void setId(int id)
	{
		m_Id = id;
	}
};
int main()
{
	//通过学生类 创建具体的学生（对象）
	Student s1;
	s1.setName("张三");
	s1.setId(1);
	//显示学生信息
	s1.showStudent();
	system("pause");
	return 0;
}

封装的意义二：

类在设计时，可以把属性和行为放在不同的权限下，加以控制

访问权限有三种：

1. public 公共权限
2. protect 保护权限
3. private 私有权限

#include<iostream>
using namespace std;
class Person
{
public:
	string m_Name;
protected:                      //成员类内可以访问，类外不可以访问
	string m_Car;              //儿子可以访问父亲中的保护内容

private:                      //成员类内可以访问，类外不可以访问
	int m_password;          //儿子不可以访问父亲中的私有内容
public:
	void func()
	{
		m_Name = "张三";
		m_Car = "拖拉机";
		m_password = 123456;
	}
};
int main()
{
	Person p1;
	p1.m_Name = "李四";
	//p1.m_Car = "奔驰";              //保护权限内容在类外访问不到
	//p1.m_password = 123;           //私有权限内容在类外访问不到
	p1.func();
	system("pause");
	return 0;
}

1.2 struct和class区别

在c++中，struct和class唯一的区别就是在于默认访问权限不同

区别：

struct默认权限为公共——public

class默认权限为私有——private

#include<iostream>
using namespace std;
class C1
{
	int m_a;
};
struct C2
{
	int m_a;
};
int main()
{
	C1 c1;
	//	c1.m_a = 100;         //会报错
	C2 c2;
	c2.m_a = 1000;       //不会报错
	system("pause");
	return 0;
}

1.3 成员属性设置为私有

优点1：将所有成员设置为私有，可以自己控制读写权限

优点2：对于写权限，我们可以检测数据的有效性

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Person
{
public:
	//姓名的权限是可读可写
	void setName(string name)      //设置姓名
	{
		m_Name = name;
	}
	string getName()               //获取姓名
	{
		return m_Name;
	}
	//年龄的权限也是可读可写，但是要设置0-150岁的范围
	void setAge(int age)
	{
		if (age > 0 && age <= 150)
		{
			m_Age = age;
			return;
		}
		m_Age = 0;
	}
	int getAge()
	{
		return m_Age;
	}
	//情人的权限是只写
	void setLover(string lover)
	{
		m_Lover = lover;
	}
private:
	string m_Name;
	int m_Age;
	string m_Lover;
};

int main()
{
	Person p1;
	p1.setName("张三");
	p1.setAge(1000);
	p1.setLover("小王");
	cout << "姓名为：" << p1.getName() << endl;
	cout << "年龄为：" << p1.getAge() << endl;
	system("pause");
	return 0;
}

案例1：

设计一个立方体类

求出立方体的面积和体积

分别用全局函数和成员函数判断两个立方体是否相等

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
/*设计步骤
	1.创建立方体类
	2.设计属性
	3.设计行为——获取立方体面积和体积
	4.分别利用全局函数和成员函数判断两个立方体是否相等
*/

class Cube
{
public:
	//设置长
	void setL(int l)
	{
		m_L = l;
	}
	//获取长
	int getL()
	{
		return m_L;
	}

	//设置宽
	void setW(int w)
	{
		m_W = w;
	}
	//获取宽
	int getW()
	{
		return m_W;
	}

	//设置高
	void setH(int h)
	{
		m_H = h;
	}
	//