类和对象---C++

类和对象目录

类和对象
1.封装
- 1.1 封装的意义
- 1.2 struct和class区别
- 1.3 成员属性设置为私有
- - 1.3.1 联系---判断圆和点的位置关系
2.对象的初始化和清理
- 2.1 构造函数和析构函数
- 2.2 构造函数的分类及调用
- - 2.2.1无参构造函数调用
  - 2.2.2有参构造函数调用
  - - 2.2.2.1括号法
    - 2.2.2.2显式法
    - - 2.2.2.2.1匿名对象测试
    - 2.2.2.3隐式转换法
- 2.3 拷贝构造函数调用时机
- - 2.3.1初始化一个新对象
  - 2.3.2值传递的方式给函数参数传值
  - 2.3.3以值方式返回局部对象
- 2.4 构造函数调用规则
- - 2.4.1 默认系统添加
  - 2.4.2 用户定义有参构造函数
  - 2.4.3 用户定义拷贝构造函数
- 2.5深拷贝与浅拷贝
- - 2.5.1浅拷贝
  - 2.5.2深拷贝
- 2.6 初始化列表
- 2.7类对象作为类成员
- 2.8静态成员
- - 2.8.1静态成员变量
  - 2.8.２静态成员函数

在这里插入图片描述

类和对象

C++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，对象上有其属性和行为。

例如：

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…

车也可以作为对象，属性有轮胎、方向盘、车灯…,行为有载人、放音乐、放空调…

具有相同性质的对象，我们可以抽象称为类，例如，人属于人类，车属于车类。

注：类中的属性和行为，统一称为成员：
属性：又叫成员属性、成员变量；
行为：又叫成员函数、成员方法。

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 };

**示例1：**设计一个学生类，属性有姓名和学号；可以给姓名和学号赋值，可以显示学生的姓名和学号

示例代码：


class Student
{
public:  //公共权限：类内类外均可访问//属性string s_name;string s_card;//行为void assign_name(string name){s_name = name;}void assign_card(string card){s_card = card;}void print_value(){cout << "请输入学生姓名：" << s_name << endl;cout << "请输入学生学号：" << s_card<< endl;}
};int main()
{//实例化对象Student stu;stu.assign_name("lisi");stu.assign_card("123456");stu.print_value();system("pause");return 0;
}

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封装意义二：

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：

public 公共权限：类内可以访问类外可以访问
protected 保护权限：类内可以访问类外不可以访问（例如：儿子可以访问到父亲中的保护内容）
private 私有权限：类内可以访问类外不可以访问（例如：儿子不可以访问到父亲中的私有内容）

示例：

class Person
{//姓名  公共权限
public:string m_Name;//汽车  保护权限
protected:string m_Car;//银行卡密码  私有权限
private:int m_Password;public:
//赋值函数，公共权限void func(){m_Name = "张三";m_Car = "法拉利";m_Password = 123456;}
};int main() {Person p;p.m_Name = "李四";//只可以访问到公共权限的内容//p.m_Car = "奔驰";  //保护权限类外访问不到//p.m_Password = 456789; //私有权限类外访问不到system("pause");return 0;
}

1.2 struct和class区别

在C++中 struct和class唯一的区别就在于 默认的访问权限不同；

区别：

struct 默认权限为公共；
class 默认权限为私有；

1.3 成员属性设置为私有

**优点1：**将所有成员属性设置为私有，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。

示例：

class Person {
public://姓名设置可读可写void setName(string name) {m_Name = name;}string getName(){return m_Name;}//获取年龄 int getAge() {return m_Age;}//隐私设置为只写void setSecret(string sec) {m_sec = sec;}private:string m_Name; //可读可写  姓名int m_Age=18; //只读  年龄string m_sec; //只写  隐私
};int main() {Person p;//姓名p.setName("张三");cout << "姓名： " << p.getName() << endl;//年龄cout << "年龄： " << p.getAge() << endl;//隐私设置p.setSecret("I love you！");system("pause");return 0;
}

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1.3.1 联系—判断圆和点的位置关系

头文件（class.h）：类声明

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;class Point
{
public://设置x,y坐标void Set(int a, int b);//获取坐标int Get_x();int Get_y();
private:int x;int y;
};class Circle
{
public:void Set(int r, Point o);int get_R();Point get_Cen();
private:int R;Point O;
};

实现文件(class.cpp)：类实现

#include "class.h"//点类//设置x,y坐标
void Point::Set(int a, int b)//说明在哪个空间
{x = a;y = b;
}
//获取坐标
int Point::Get_x()
{return x;
}
int Point::Get_y()
{return y;
}//圆类
void Circle::Set(int r, Point o)
{R = r;O = o;
}
int Circle::get_R()
{return R;
}
Point Circle::get_Cen()
{return O;
}

主函数：主函数内容

#include "class.h"//点和圆的关系
int main()
{Point p;p.Set(10, 10);Point o;o.Set(5, 6);Circle c;c.Set(10, o);int d = (o.Get_x() - p.Get_x()) * (o.Get_x() - p.Get_x()) + (o.Get_y() - p.Get_y()) * (o.Get_y() - p.Get_y());if (d == c.get_R())cout << "点在圆上" << endl;else if (d > c.get_R())cout << "点在圆外" << endl;elsecout << "点在圆内" << endl;system("pause");return 0;
}

2.对象的初始化和清理

C++中的面向对象来源于生活，每个对象都会有初始设置以及对象销毁前的清理数据的设置。

2.1 构造函数和析构函数

对象的初始化和清理也是两个非常重要的安全问题：
一个对象或者变量没有初始状态，对其使用后果是未知；
同样的使用完一个对象或变量，没有及时清理，也会造成一定的安全问题

c++利用了构造函数和析构函数解决上述问题，这两个函数将会被编译器自动调用，完成对象初始化和清理工作。

对象的初始化和清理工作是编译器强制要我们做的事情，因此如果我们不提供构造和析构，编译器会提供

编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。（即函数体为空）

构造函数：主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值，构造函数由编译器自动调用，无须手动调用。
析构函数：主要作用在于对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工作。

构造函数语法：类名(){}

构造函数，没有返回值也不写void；
函数名称与类名相同；
构造函数可以有参数，因此可以发生重载；
程序在调用对象时候会自动调用构造，无须手动调用,而且只会调用一次。

析构函数语法： ~类名(){}

析构函数，没有返回值也不写void；
函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~；
析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载；
程序在对象销毁前会自动调用析构，无须手动调用,而且只会调用一次。

class Person
{
public://构造函数Person()//Person(int a)有参数也可，调用时也要有参数{cout << "Person的构造函数调用" << endl;}//析构函数~Person(){cout << "Person的析构函数调用" << endl;}};void test01()
{Person p;
}int main() {test01();Person p1;system("pause");return 0;
}

在这里插入图片描述
任意键后：

图中，第一个构造函数是由于调用test01（）函数（创建了p），执行完test01后输出析构函数；之后由于创建p1，又执行构造函数，之后任意键后程序执行完毕，输出p1的析构函数。（构造和析构分别在由系统调用）

2.2 构造函数的分类及调用

两种分类方式：
按参数分为： 有参构造和无参构造 （无参又叫默认构造函数）
按类型分为： 普通构造和拷贝构造(除去拷贝构造都是普通构造（即有参和无参构造都是）)

三种调用方式：
括号法
显示法
隐式转换法

示例：

class Person {
public://无参（默认）构造函数Person() {cout << "无参构造函数!" << endl;}//有参构造函数Person(int a) {age = a;cout << "有参构造函数!" << endl;}//拷贝构造函数:将传入的类身上的所有属性，拷贝到自己身上Person(const Person& p) {//注意拷贝构造函数的形式：const 类名 引用age = p.age;cout << "拷贝构造函数!" << endl;}//析构函数~Person() {cout << "析构函数!" << endl;}
public:int age;
};//2、构造函数的调用
//调用无参构造函数
void test01() {Person p; //调用无参构造函数
}//调用有参的构造函数
void test02() {//2.1  括号法，常用Person p1(10);//注意1：调用无参构造函数不能加括号，如果加了编译器认为这是一个函数声明//Person p2();//2.2 显式法Person p2 = Person(10);Person p3 = Person(p2);//Person(10)单独写就是匿名对象  当前行结束之后，马上析构//2.3 隐式转换法Person p4 = 10; // Person p4 = Person(10); Person p5 = p4; // Person p5 = Person(p4); //注意2：不能利用 拷贝构造函数 初始化匿名对象 编译器认为是对象声明//Person p5(p4);
}

2.2.1无参构造函数调用

按照上述代码，调用函数test01.

//调用无参构造函数
void test01() {Person p; //调用无参构造函数
}
int main() {test01();system("pause");return 0;
}

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2.2.2有参构造函数调用

按照上述代码，调用函数test02.

//调用有参的构造函数
void test02() {//2.1  括号法，常用Person p1(10);//注意1：调用无参构造函数不能加括号，如果加了编译器认为这是一个函数声明//Person p2();//2.2 显式法Person p2 = Person(10);Person p3 = Person(p2);//Person(10)单独写就是匿名对象  当前行结束之后，马上析构//2.3 隐式转换法Person p4 = 10; // Person p4 = Person(10); Person p5 = p4; // Person p5 = Person(p4); //注意2：不能利用 拷贝构造函数 初始化匿名对象 编译器认为是对象声明//Person (p4);
}

执行结果如下：（读者可自行分析）
在这里插入图片描述

下面对每种方式进行单独测试。

2.2.2.1括号法

test02()
{//2.1  括号法，常用Person p1(10);//注意1：调用无参构造函数不能加括号，如果加了编译器认为这是一个函数声明//Person p2();
}

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可见调用了有参构造函数，之后由于执行完毕调用析构函数。（注意：如要调用无参构造函数不要加括号，不会出错但编译器会将其当作一个函数声明（类型：类名，函数名：p2，无参），不会执行无参构造函数的调用）

2.2.2.2显式法

test02()
{//2.2 显式法Person p2 = Person(10);//相当于Person p2 （10）Person p3 = Person(p2);//相当于Person p3 (p2)//Person(10)单独写就是匿名对象  当前行结束之后，马上析构
}

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2.2.2.2.1匿名对象测试

匿名对象在当前行执行结束后，系统立即回收掉匿名对象（即当前行已结束就调用析构函数）

void test03() {Person(100);cout << "********" << endl;
}

在这里插入图片描述
调用函数test03，由输出结果可知：在执行完 Person(100); 之后还未输出 ******** 就已经调用析构函数。

2.2.2.3隐式转换法

test02()
{//2.3 隐式转换法Person p4 = 10; // Person p4 = Person(10); //相当于Person p4 （10）Person p5 = p4; // Person p5 = Person(p4); //相当于Person p5 （p4）//注意2：不能利用 拷贝构造函数 初始化匿名对象 编译器认为是对象声明//Person (p4);//系统会认为 Person (p4)=>Person p4,重新定义p4
}

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2.3 拷贝构造函数调用时机

C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况：

使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象；
值传递的方式给函数参数传值；
以值方式返回局部对象。

示例：

class Person {
public:Person() {cout << "无参构造函数!" << endl;mAge = 0;}Person(int age) {cout << "有参构造函数!" << endl;mAge = age;}Person(const Person& p) {cout << "拷贝构造函数!" << endl;mAge = p.mAge;}//析构函数在释放内存之前调用~Person() {cout << "析构函数!" << endl;}
public:int mAge;
};

2.3.1初始化一个新对象

//1. 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
void test01() {Person p1(100); //p对象已经创建完毕Person p2(p1); //调用拷贝构造函数Person p3 = p1; //拷贝构造cout << p1.mage << endl;cout << p2.mage << endl;cout << p3.mage << endl;//Person p3;//p3 = p1; //不是调用拷贝构造函数，赋值操作//cout << p3.mage << endl;//也可输出100}

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用p1由构造函数为p2和p3初始化。

2.3.2值传递的方式给函数参数传值

//2. 值传递的方式给函数参数传值
//相当于Person p1 = p;
void doWork(Person p1) {
//可调用p的一切属性和行为cout << "好好工作！" << endl;
}void test02() {Person p; //无参构造函数doWork(p);//值传递：临时拷贝
}

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可以看出，值传递的方式给函数参数传值相当于调用拷贝构造函数。

2.3.3以值方式返回局部对象

//3. 以值方式返回局部对象
Person doWork2()
{Person p1;cout << (int*)&p1 << endl;return p1;//返回局部变量相当于调用拷贝构造函数
}void test03()
{Person p = doWork2();cout << (int*)&p << endl;
}

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VS2022做了优化，返回值为对象时，不再产生临时对象，因而不再调用复制构造函数。（对于VS2017可以显示）

2.4 构造函数调用规则

默认情况下，c++编译器至少给一个类添加3个函数:
1．默认构造函数(无参，函数体为空)
2．默认析构函数(无参，函数体为空)
3．默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝

构造函数调用规则如下：

如果用户定义有参构造函数，c++不在提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造;
如果用户定义拷贝构造函数，c++不会再提供其他构造函数.

2.4.1 默认系统添加

class Person {
public:int age;
};void test00()
{//系统默认给无参构造函数、拷贝构造函数和析构函数Person p1;p1.age = 100;Person p2(p1);cout << "p2的年龄为： " << p2.age << endl;
}

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可见系统默认给了拷贝构造函数，无参构造函数和析构函数因为是空实现，故无输出。

2.4.2 用户定义有参构造函数

class Person {
public://有参构造函数Person(int a) {age = a;cout << "有参构造函数!" << endl;}
public:int age;
};void test01()
{Person p1(99);//如果不写拷贝构造，编译器会自动添加拷贝构造，并且做浅拷贝操作Person p2(p1);cout << "p2的年龄为： " << p2.age << endl;
}

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系统默认提高拷贝构造函数。

2.4.3 用户定义拷贝构造函数

class Person {
public://拷贝构造函数Person(const Person& p) {age = p.age;cout << "拷贝构造函数!" << endl;}
public:int age;
};

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可以看出，只定义拷贝构造函数，系统不会给无参和有参构造函数，对象定义失败。

2.5深拷贝与浅拷贝

深浅拷贝是面试经典问题，也是常见的一个坑.

浅拷贝：简单的赋值拷贝操作；
深拷贝：在堆区重新申请空间，进行拷贝操作。

2.5.1浅拷贝

错误示例：

class Person {
public://有参构造函数Person(int age, int height) {cout << "有参构造函数!" << endl;m_age = age;m_height = new int(height);//开辟堆区空间存放height}//系统默认拷贝构造函数:进行简单值拷贝
Person(const Person& p) {m_age = p.m_age;m_height = p.m_height;
}//析构函数~Person() {cout << "析构函数!" << endl;if (m_height != NULL){delete m_height;}}
public:int m_age;int* m_height;
};void test01()
{Person p1(18, 180);Person p2(p1);//运用系统默认拷贝构造函数cout << "p1的年龄： " << p1.m_age << " 身高： " << *p1.m_height << endl;cout << "p2的年龄： " << p2.m_age << " 身高： " << *p2.m_height << endl;
}

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如此系统输出会报错：因为利用系统默认拷贝构造函数，会做浅拷贝处理（即简单值拷贝），p1和p2都指向同一个堆区空间，执行析构函数时会造成同一堆区空间重复释放。—这个问题要利用深拷贝进行处理。

2.5.2深拷贝

正确示例：

class Person {
public://有参构造函数Person(int age, int height) {cout << "有参构造函数!" << endl;m_age = age;m_height = new int(height);}//自己定义：拷贝构造函数  Person(const Person& p) {cout << "拷贝构造函数!" << endl;//如果不利用深拷贝在堆区创建新内存，会导致浅拷贝带来的重复释放堆区问题m_age = p.m_age;m_height = new int(*p.m_height);//创建新的堆区空间}//析构函数~Person() {cout << "析构函数!" << endl;if (m_height != NULL){delete m_height;//释放堆区空间}}
public:int m_age;int* m_height;
};void test01()
{Person p1(18, 180);Person p2(p1);cout << "p1的年龄： " << p1.m_age << " 身高： " << *p1.m_height << endl;cout << "p2的年龄： " << p2.m_age << " 身高： " << *p2.m_height << endl;
}

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总结：如果属性有在堆区开辟的，一定要自己提供拷贝构造函数，防止浅拷贝带来的问题

2.6 初始化列表

作用：
C++提供了初始化列表语法，用来初始化属性。

语法：构造函数()：属性1(值1),属性2（值2）... {}

示例：

class Person {
public:传统方式初始化//Person(int a, int b, int c) {//	m_A = a;//	m_B = b;//	m_C = c;//}//初始化列表方式初始化//注意其格式：在构造函数基础上 加 ：属性名（初始化值）Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {//实现功能与传统方式相同//大括号内可进行其他操作}void PrintPerson() {cout << "mA:" << m_A << endl;cout << "mB:" << m_B << endl;cout << "mC:" << m_C << endl;}
private:int m_A;int m_B;int m_C;
};int main() {Person p(9,99,999);p.PrintPerson();system("pause");return 0;
}

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2.7类对象作为类成员

C++类中的成员可以是另一个类的对象，我们称该成员为对象成员；

例如：

class A {}
class B
{A a;
}

B类中有对象A作为成员，A为对象成员

一个问题：那么当创建B对象时，A与B的构造和析构的顺序是谁先谁后？

示例：

class Phone
{
public:Phone(string name){m_PhoneName = name;cout << "Phone构造函数" << endl;}~Phone(){cout << "Phone析构函数" << endl;}
private:string m_PhoneName;};class Person
{
public://初始化列表可以告诉编译器调用哪一个构造函数Person(string name, string pName) :m_Name(name), m_Phone(pName){cout << "Person构造函数" << endl;}~Person(){cout << "Person析构函数" << endl;}void playGame(){cout << m_Name << " 使用" << m_Phone.m_PhoneName << " 牌手机! " << endl;}
private:string m_Name;Phone m_Phone;};
void test01()
{Person p("张三" , "苹果");p.playGame();}

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通过调用test01函数，可知：对于包含对象成员的调用：
构造的顺序是：先调用对象成员的构造，再调用本类构造；
析构顺序与构造相反；

2.8静态成员

静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员.

静态成员分为：静态成员变量和静态成员函数.

2.8.1静态成员变量

静态成员变量
- 所有对象共享同一份数据
- 在编译阶段分配内存
- 类内声明，类外初始化

示例：

class Person
{public:static int m_A; //静态成员变量
private:static int m_B; //静态成员变量也是有访问权限的
};//类内声明，类外初始化（与权限无关，只要是静态成员变量都可，同时类内不可初始化）
//只能在全局环境下初始化
int Person::m_A = 10;//公共权限
int Person::m_B = 10;//私有权限void test01()
{//静态成员变量两种访问方式//1、通过对象Person p1;p1.m_A = 100;cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl;Person p2;p2.m_A = 200;cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl; //共享同一份数据cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;//2、通过类名cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;//cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; //私有权限访问不到
}

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可以看出，静态成员变量是所有对象共享的，一旦改变所有对象的值都会改变。

2.8.２静态成员函数

静态成员函数
- 所有对象共享同一个函数
- 静态成员函数只能访问静态成员变量

示例：

class Person
{
public:static void func(int a)//静态成员函数{cout << "func调用" << endl;m_A = a;//m_B = 100; //错误，不可以访问非静态成员变量;静态成员函数共享,非静态成员变量不知道是哪个对象的属性}//无论在哪个权限下都一样static int m_A; //静态成员变量int m_B;private://静态成员函数也是有访问权限的static void func2(){cout << "func2调用" << endl;}
};//只能在全局环境下初始化
int Person::m_A = 10;//类外初始化void test01()
{//静态成员变量两种访问方式//1、通过对象Person p1;Person p2;cout << "m_A:" << p1.m_A << endl;//共享一个静态成员变量cout << "m_A:" << p2.m_A << endl;p1.func(99);cout << "m_A:" << p1.m_A << endl;//共享一个静态成员函数cout << "m_A:" << p2.m_A << endl;//2、通过类名Person::func(999);//Person::func2(); //私有权限访问不到
}