1、C++ OOP⾯向对象开发

1.1 类（classes）和对象（objects）

简单介绍一下类：

• C++ 类（classes）
------->• 创建对象⽤的蓝图（blueprint）
------->• ⽤户⾃定义的数据类型
------->• 有成员属性（data）和成员⽅法（methods）
------->• 可以隐藏属性和⽅法（private）
------->• 可以提供公共接⼝（public）
• 示例： Account, Student, std::vector, std::string

简单介绍一下对象：

• C++ 对象（objects）
------->• 由类创建⽽来
------->• 表示类的⼀个具体的实例（Instance）
------->• 可以有很多个实例，每个都有独⽴的身份
------->• 每个对象都可以使⽤类中定义的⽅法
• Account对象示例：
------->• Jobs、Alice 的account是Account类的实例
------->• 每个实例都有它的余额、可以提现、存钱

虽然 int 不是类，这里把它看成一个类，int 后面的 high_score 和 low_score 可以看成 int 类实例化后的对象；
创建 Account 类后，实例化2个对象，分别是：jobs_account 和 alice_account；
std是类，后面跟着的容器 vector 和字符串 string 是对象；
如下图所示，

A、声明一个类：

B、创建类的对象：

还可以根据类创建一个指针，并且在堆上使用关键字 new 动态分配内存空间，使用后用 delete 删除释放内存空间，

一旦有了类的对象，就可以像 C++ 其他变量去使用

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>using namespace std;class Account
{// 属性string name {"None"};double balance {0.0};// 方法bool deposit(double amount); // 存款bool withdraw(double amount); // 取款
};int main()
{Account jobs_account;  // 初始化属性Account alice_account;  // 初始化属性Account accounts [] {jobs_account, alice_account}; // 数组vector<Account> accounts_vec {jobs_account}; // vectoraccounts_vec.push_back(alice_account);Account *p_account = new Account(); // 指针delete p_account;return 0;
}

C、获取类的属性或⽅法：

使⽤点操作符：

如果是⼀个指向对象的指针，可以解引⽤或者使⽤箭头操作符，
需要注意： 使用 . 操作符的时候需要在前面加一个括号 () ，因为 . 操作符的优先级高于 * 解引用运算符的优先级，

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>using namespace std;class Account
{
public:    // 属性string name {"None"};double balance {0.0};// 方法bool deposit(double amount){balance += amount;cout << name << "刚存入" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;return true;}; // 存款bool withdraw(double amount){if (balance >= amount){balance -= amount;cout << name << "刚取出" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;return true;} else {cout << name << "余额不足，取款失败" << endl;return false;}}; // 取款
};int main()
{Account jobs_account;jobs_account.name = "Jobs";jobs_account.balance = 1000.0;jobs_account.deposit(500.0);Account *alice_account = new Account();(*alice_account).name = "Alice";alice_account->balance = 2000.0;(*alice_account).deposit(1000.0);alice_account->withdraw(500.0);return 0;
}

1.2 public、private、protected访问权限

• public
----->• 可以被任何实体访问
• private
----->• 只能被本类的⽅法访问
• protected
----->• 可以被本类和⼦类（继承）的⽅法访问

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>using namespace std;class Account
{
private:    // 属性string name {"None"};double balance {0.0};public:// 方法bool deposit(double amount){balance += amount;cout << name << "刚存入" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;return true;}; // 存款bool withdraw(double amount){if (balance >= amount){balance -= amount;cout << name << "刚取出" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;return true;} else {cout << name << "余额不足，取款失败" << endl;return false;}}; // 取款
};int main()
{Account jobs_account;// jobs_account.name = "Jobs";// jobs_account.balance = 1000.0;// cout << jobs_account.name << "的余额为" << jobs_account.balance << "元" << endl;jobs_account.deposit(500.0);return 0;
}

1.3 实现成员⽅法

在类中定义成员方法，适用于代码量较少的程序，

在类外面定义成员方法，适用于代码量较大的程序，

代码：

编译器无法区分 set_name 函数是类内的函数还是其他函数，所以在 set_name 前面添加类名::，表示这是类的成员函数，

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>using namespace std;class Account
{
private:// 属性string name {"None"};double balance {0.0};public:// 方法// 设置余额void set_balance(double amount){balance = amount;};// 获取余额double get_balance(){return balance;};// 设置名称void set_name(string name);// 获取名称string get_name();// 存款bool deposit(double amount);// 取款bool withdraw(double amount);
};void Account::set_name(string name){this->name = name; // this指针指向当前对象
}
string Account::get_name(){return name;
}
bool Account::deposit(double amount){balance += amount;cout << name << "刚存入" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;return true;
}
bool Account::withdraw(double amount){if (balance >= amount){balance -= amount;cout << name << "刚取出" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << endl;return true;} else {cout << name << "余额不足，取款失败" << endl;return false;}
}int main()
{Account alice_account;alice_account.set_name("Alice's account"); // 设置名称alice_account.set_balance(1000.0); // 设置余额cout << alice_account.get_name() << "的余额为" << alice_account.get_balance() << "元" << endl;alice_account.deposit(200.0);alice_account.withdraw(500.0);alice_account.withdraw(1500.0);return 0;
}

上面的代码看着比较繁杂，我们可以用头文件和源文件编写。
为了防止头文件被多次导入造成一些冲突，一般添加如下语句，关于头文件被多次导入造成一些冲突可参考这个链接：CSDN链接，例如创建 Account.h 头文件：

#ifndef ACCOUNT_H
#define ACCOUNT_H
#endif // ACCOUNT_H

整个 Account.h 头文件代码如下，一般不在头文件写 using namespace std;，一般显示地使用 std:string，

#ifndef ACCOUNT_H
#define ACCOUNT_H
#include <string>class Account
{
private:// 属性std::string name {"None"};double balance {0.0};public:// 方法// 设置余额void set_balance(double amount){balance = amount;};// 获取余额double get_balance(){return balance;};// 设置名称void set_name(std::string name);// 获取名称std::string get_name();// 存款bool deposit(double amount);// 取款bool withdraw(double amount);
};#endif // ACCOUNT_H

然后再根据头文件编写类的成员方法的定义，因为在源文件引入了头文件#include "Account.h"，所以不需要再写 #include <string>，这里也是显示地引入 std::cout，std::endl，

#include "Account.h"
#include <iostream>void Account::set_name(std::string name){this->name = name; // this指针指向当前对象
}
std::string Account::get_name(){return name;
}
bool Account::deposit(double amount){balance += amount;std::cout << name << "刚存入" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << std::endl;return true;
}
bool Account::withdraw(double amount){if (balance >= amount){balance -= amount;std::cout << name << "刚取出" << amount << "元，现在余额为" << balance << "元" << std::endl;return true;} else {std::cout << name << "余额不足，取款失败" << std::endl;return false;}
}

最后是程序的 main.cpp 文件，直接编译 main.cpp 即可，

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include "Account.h" // 引入头文件using namespace std;int main()
{Account alice_account;alice_account.set_name("Alice's account"); // 设置名称alice_account.set_balance(1000.0); // 设置余额cout << alice_account.get_name() << "的余额为" << alice_account.get_balance() << "元" << endl;alice_account.deposit(200.0);alice_account.withdraw(500.0);alice_account.withdraw(1500.0);return 0;
}

1.4 构造函数（constructor）和 析构函数（destructor）

1.4.1 构造函数（constructor）

• 特殊的成员⽅法
• 对象创建的时候⾃动调⽤
• 适⽤于实例参数初始化
• 函数名和类的名称⼀致
• ⽆需设置返回类型
• 可以被重载（overload）

1.4.2 析构函数（destructor）

• 特殊的成员⽅法
• 函数名和类的名称⼀致，前⾯跟着⼀个~波浪符号
• 对象销毁的时候⾃动调⽤
• 没有参数，没有返回类型
• 只有⼀个析构函数（不能重载）
• 适⽤于释放内存等资源

如果不手动创建构造函数和析构函数，那么C++会自动帮助创建构造函数和析构函数，只不过都是空的，

构造函数（constructor）和析构函数（destructor）：

构造函数在栈上创建，当程序运行结束时，他们各自的析构函数会被调用，所以会调用4次析构函数，

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:// 属性std::string name {"account"};double balance {0.0};
public:void setName(string name){ this->name = name; }; // 设置名称// 构造函数Account(){cout << "没有参数的构造函数被调用" << endl;};Account(std::string name){cout << "带string name参数的构造函数被调用" << endl;};Account(double balance){ cout << "带double balance参数的构造函数被调用" << endl;};Account(string name, double balance){ cout << "带string name和double balance参数的构造函数被调用" << endl;};// 析构函数~Account(){ cout << name << " 的析构函数被调用" << endl;};
};int main()
{// 用{}表示作用域，{}内的程序运行后会调用析构函数{Account alice_account;alice_account.setName("Alice's account"); // 设置名称}// 出栈：后入先出{Account jobs_account;jobs_account.setName("Jobs's account"); Account bill_account("Bill's account");bill_account.setName("Bill's account"); Account steve_account(1000.0);steve_account.setName("Steve's account"); }Account *mark_account = new Account("Mark's account", 1000.0);mark_account->setName("Mark's account");delete mark_account;return 0;
}

输出：

没有参数的构造函数被调用
Alice's account 的析构函数被调用
没有参数的构造函数被调用
带string name参数的构造函数被调用
带double balance参数的构造函数被调用
Steve's account 的析构函数被调用
Bill's account 的析构函数被调用
Jobs's account 的析构函数被调用
带string name和double balance参数的构造函数被调用
Mark's account 的析构函数被调用

构造函数初始化列表：

:name {name} 中，冒号后面的 name 类成员属性的 name，{} 里面的 name 是函数的形参 name，

代码1：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:// 属性std::string name {"account"};double balance {0.0};
public:// 打印信息void printInfo();// 构造函数，初始化参数Account(string name, double balance);};void Account::printInfo(){cout << "name: " << name << ", balance: " << balance << endl;
}
// 构造函数内部初始化参数
Account::Account(string name, double balance){this->name = name;this->balance = balance;
}int main()
{Account *mark_account = new Account("Mark's account", 1000.0);mark_account->printInfo(); // 打印信息delete mark_account;return 0;
}

输出：

name: Mark's account, balance: 1000

代码2：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:// 属性std::string name {"account"};double balance {0.0};
public:// 打印信息void printInfo();// 构造函数，初始化参数Account();Account(string name);Account(string name, double balance);};void Account::printInfo(){cout << "name: " << name << ", balance: " << balance << endl;
}// 构造函数内部初始化参数
// Account::Account(){
//     name = "None";
//     balance = 0.0;
// }
// Account ::Account(string name){
//     this->name = name;
//     balance = 0.0;
// }
// Account::Account(string name, double balance){
//     this->name = name;
//     this->balance = balance;
// }// 构造函数初始化列表
Account::Account():name{"none"}, balance{0.0}{}
Account::Account(string name):name{name}, balance{0.0}{}Account::Account(string name, double balance):name{name}, balance{balance}{}int main()
{Account alice_account;alice_account.printInfo(); // 打印信息Account jobs_account {"Jobs's account"};jobs_account.printInfo(); Account bill_account {"Bill's account", 1000.0};bill_account.printInfo(); return 0;
}

输出：

name: none, balance: 0
name: Jobs's account, balance: 0
name: Bill's account, balance: 1000

1.5 代理构造函数（delegating constructor）

• 重载的构造函数很相似
• 冗余的代码可能会导致错误
• C++ 允许使⽤代理构造函数
------>• 在⼀个构造函数初始化列表中调⽤另⼀个构造函数

代码： 建议使用 debug 查看程序运行过程

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:// 属性std::string name {"account"};double balance {0.0};
public:// 打印信息void printInfo();// 构造函数，初始化参数Account();Account(string name);Account(string name, double balance);};void Account::printInfo(){cout << "name: " << name << ", balance: " << balance << endl;
}// 构造函数初始化列表
Account::Account():Account {"none",0}{}
Account::Account(string name):Account {name, 0}{}Account::Account(string name, double balance):name{name}, balance{balance}{}int main()
{Account alice_account;alice_account.printInfo(); // 打印信息Account jobs_account {"Jobs's account"};jobs_account.printInfo(); Account bill_account {"Bill's account", 1000.0};bill_account.printInfo(); return 0;
}

输出：

name: none, balance: 0
name: Jobs's account, balance: 0
name: Bill's account, balance: 1000

1.6 拷⻉构造函数（copy constructor）

• 当对象被拷⻉时，C++必须从已存在的对象复制出⼀个新的对象
• 何时使⽤拷⻉构造函数？
------->• 以值传递⽅式传递对象给函数（作参数）
------->• 函数以值⽅式返回对象
------->• 使⽤已存在的对象复制新的对象
• 如果不提供⾃⼰写的copy constructor，编译器会⾃动⽣成⼀个（可能不符合要求），如果是指针，拷贝的是地址，所以编译器自动生成的拷贝构造函数是浅拷贝，

A、拷⻉构造函数——值传递

B、拷⻉构造函数——以值⽅式返回

以值⽅式返回拷⻉构造函数返回的 an_account 副本

C、拷⻉构造函数——使⽤已存在的对象复制新的对象

D、拷⻉构造函数的声明

首先拷⻉构造函数也是构造函数，所以函数的名称和类的名称一样，函数的参数列表是使用引用的方式传递的，

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:// 属性string name {"account"};double balance {0.0};
public:string getName() {return name;} // 获取namedouble getBalance() {return balance;} // 获取balance// 构造函数Account(string name = "none", double balance = 0.0);// 析构函数~Account();// 拷贝构造函数Account(const Account &source);
};Account::Account(string name, double balance):name {name}, balance {balance}{cout << "2个参数的构造函数被调用，name：" << name << endl;}Account::~Account()
{cout << "析构函数被调用，name：" << name << endl;
}// 拷贝构造函数：根据已存在对象的属性来更新新对象的属性（name,balance）
Account::Account(const Account &source):name {source.name}, balance {source.balance} // 初始化列表{cout << "拷贝构造函数被调用，是" << source.name << "的拷贝" << endl;}
// 打印账户信息
void printAccountInfo(Account acc)
{cout << acc.getName() << "的余额是：" << acc.getBalance() << endl;
}
int main()
{// 1.值传递的方式给函数传递参数// Account alice_account;// printAccountInfo(alice_account);// 2.基于已存在的对象创建新的对象Account alice_account {"Alice's account", 1000.0};Account new_account {alice_account}; // 拷贝构造函数被调用return 0;
}

输出：

2个参数的构造函数被调用，name：Alice's account
拷贝构造函数被调用，是Alice's account的拷贝
析构函数被调用，name：Alice's account
析构函数被调用，name：Alice's account

1.7 浅拷贝（shallow copy）和深拷贝（deep copy）

• 如果不提供⾃⼰写的copy constructor，编译器会⽣成默认的
------>• 将⽬标对象的值逐个拷⻉过来；
------>• 如果是指针，拷⻉的是值（指向的地址），⽽不是指向的对象，称为浅拷贝
------>• 在析构函数中释放内存时，其他对象中的指针可能还在指向被释放的资源，在析构函数释放内存资源时可能会报错，例如下面的代码，如果使用编译器默认的拷贝构造函数，在进行析构函数释放内存资源时可能会报错

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:// 属性string name {"account"};double *balance {nullptr};
public:double get_balance() {return *balance;}; // 获取余额string get_name() {return name;}; // 获取名字// 构造函数Account(string name = "none", double balance = 0.0); // 有默认参数的构造函数// 拷贝构造函数Account(const Account &source);// 析构函数~Account();};
Account::Account(string name, double balance){this->name = name;this->balance = new double {balance}; // 堆上分配内存cout << "2个参数的构造函数被调用，name: " << name << endl;}
// 拷贝构造函数    
Account::Account(const Account &source):Account {source.name, *source.balance} // 代理构造函数{cout << "拷贝构造函数被调用，是" << source.name << "的拷贝" << endl;} Account::~Account(){if (balance != nullptr)delete balance; // 释放内存cout << "析构函数被调用，name: " << name << endl;
}int main()
{// 演示浅拷贝和深拷贝Account alice_account {"Alice", 1000.0};Account new_account {alice_account}; // 拷贝构造函数被调用// cout << new_account.get_balance() << endl; // 1000.0return 0;
}

如果使用编译器默认的拷贝构造函数，在进行 alice_account 析构函数释放内存时会报错，如下图，如果使用自己写的拷贝构造函数就不会报错，

1.7.1 浅拷⻉（shallow copy）

如下图，alice_account 浅拷贝到 new_account，编译器会默认创建一个拷贝构造函数，它是逐个元素按值拷贝的，如果是指针，则是拷贝的地址。当调用析构函数的时候，由于后进先出的原则，new_account 上的地址被释放后，alice_account 的地址也会被释放，但地址已经被释放，所以会造成堆空间重复释放的问题，导致程序报错，

编译器默认生成的拷贝构造函数如下：

1.7.2 深拷⻉（deep copy）

在函数内部，在堆上分配一个新的 double 类型的内存空间，初始化为1000，并且把新的内存空间给1000，

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:// 属性string name {"account"};double *balance {nullptr};
public:double get_balance() {return *balance;}; // 获取余额string get_name() {return name;}; // 获取名字// 构造函数Account(string name = "none", double balance = 0.0); // 有默认参数的构造函数// 拷贝构造函数Account(const Account &source);// 析构函数~Account();};
Account::Account(string name, double balance){this->name = name;this->balance = new double {balance}; // 堆上分配内存cout << "2个参数的构造函数被调用，name: " << name << endl;}
// 拷贝构造函数    
Account::Account(const Account &source):Account {source.name, *source.balance} // 代理构造函数{cout << "拷贝构造函数被调用，是" << source.name << "的拷贝" << endl;} Account::~Account(){if (balance != nullptr)delete balance; // 释放内存cout << "析构函数被调用，name: " << name << endl;
}int main()
{// 演示浅拷贝和深拷贝Account alice_account {"Alice", 1000.0};Account new_account {alice_account}; // 拷贝构造函数被调用// cout << new_account.get_balance() << endl; // 1000.0return 0;
}

1.8 在类中使⽤const

• 常函数
------->• 函数名称后加const
------->• 函数体内不可以修改类成员属性
• 常对象
------->• 声明对象时前⾯加const
------->• 不可以修改常对象的成员属性
------->• 不能调用普通的成员方法，只能调⽤常函数

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:double balance {0.0};public:string name {"account"};void set_new_name(string new_name) const{ // 修改名字// name = new_name;}string get_name() const{ // 获取名字return name;}// 构造函数Account(string name = "none", double balance = 0.0);~Account();
};Account::Account(string name, double balance): balance{balance} ,name{name}{cout << "构造函数" << endl;
}Account::~Account()
{cout << "析构函数" << endl;
}int main()
{// 常函数// Account alice_account {"Alice", 1000.0};// alice_account.set_new_name("Alice2"); // 修改名字// cout << alice_account.get_name() << endl; // Alice2// 常对象const Account bob_account {"Bob", 2000.0};// bob_account.name = "Bob2"; // 修改名字cout << bob_account.get_name() << endl; // Bob2return 0;
}

1.9 在类中使⽤static

• 静态成员变量
------->• 所有对象共有同⼀份数据（数据共享）
------->• 在类中声明，类外初始化
• 静态成员函数
------->• 所有对象共享同⼀个函数
------->• 只能访问静态成员变量

代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;class Account
{
private:// 属性string name {"account"};double balance {0.0};static int num_accounts;
public:static int get_num_accounts();Account(string name, double balance);~Account();
};int Account::num_accounts {0};Account::Account(string name, double balance):name{name}, balance{balance}{num_accounts++;}Account::~Account()
{num_accounts--;
}int Account::get_num_accounts() // 不需要使用static关键字
{// 静态成员方法只能访问静态成员变量// name = "test";return num_accounts;
}
int main()
{cout << Account::get_num_accounts() << endl;Account alice_account {"Alice's account", 1000.0};cout << alice_account.get_num_accounts() << endl;Account bob_account {"Bob's account", 2000.0};cout << Account::get_num_accounts() << endl;{Account test_account {"test", 100.0};cout << Account::get_num_accounts() << endl;}cout << Account::get_num_accounts() << endl;return 0;
}

1.10 struct 和 class区别

区别在于 class 成员权限默认是 private，而 struct 的成员权限默认是 public，