C++面向對象-類和對象那些你不知道的細節原理

2022 年 5 月 15 日
筆記
C++, c++學習

一、類和對象、this指針

OOP語言的四大特徵是什麼？

抽象
封裝、隱藏
繼承
多態

類體內實現的方法會自動處理為inline函數。

類對象的記憶體大小之和成員變數有關

類在記憶體上需要對齊，是為了減輕cup在記憶體上的io次數

查看類對象的大小的指令：cl className.cpp /d1reportSingleClassLayout類名

一個類可以定義無數個對象，每個對象都有自己的成員變數，但是他們共享一套成員方法。

有一個問題：Q1:類中的成員方法是怎麼知道要處理哪個對象的資訊的？

A1:在調用成員方法的時候會在參數列表裡隱式的給定對象記憶體的地址。如下所示：

類的成員方法一經編譯，所有方法參數都會加一個this指針，接收調用該方法的對象的地址，即下圖中的CGoods *this

二、掌握構造函數和析構函數

定義一個SeqStack類：

class SeqStack
{

public:
	SeqStack(int size = 10) :_top(-1), _size(size) {
		_pstack = new int[size];
	}
	~SeqStack() {
		cout << this << "~SeqStack()" << endl;
		delete[] _pstack;
		_pstack = nullptr;
	}

	void push(int val) {
		if (full()) {
			resize();
		}
		_pstack[++_top] = val;
	}

	void pop() {
		if (empty()) {
			return;
		}
		--_top;
	}

	int top() {
		return _pstack[_top];
	}
	bool empty() { return _top == -1; }
	bool full() { return _top == _size-1; }

private:
	int* _pstack;

	int _top;

	int _size;

	void resize() {
		int* ptmp = new int[_size * 2];
		for (int i = 0; i < _size; i++) {
			ptmp[i] = _pstack[i];
		}
		delete[] _pstack;
		_pstack = ptmp;
		_size *= 2;
	}
};
/**
	運行過程
*/
int main() {
	SeqStack sq1;

	for (int i = 0; i < 15; i++) {
		sq1.push(rand() % 100);
	}

	while (!sq1.empty()) {
		cout << sq1.top() << " ";
		sq1.pop();
	}

	return 0;
}

三、掌握對象的深拷貝和淺拷貝

.data段的對象是程式啟動的時候構造的，程式結束的時候析構的

heap堆上對象是new的時候構造的，delete的時候析構的

stack棧上的對象是在調用函數的時候構造的，執行完函數時析構的

如果對象佔用外部資源，淺拷貝就會出現問題：會導致一個對象指向的記憶體釋放，從而造成另一個對象中的指針成為野指針。所以就要對這樣的對象進行深拷貝，在新的對象中重新開闢一塊空間，使兩者互不干涉。

注意：在面向對象中，要避免使用memcpy進行拷貝，因為對象的記憶體佔用不確定，會因為對象中保存指針而造成淺拷貝。需要拷貝的時候只能用for循環逐一拷貝。

深拷貝：

	SeqStack& operator=(const SeqStack& src) {
		cout << "operator=" << endl;
		//防止自賦值
		if (this == &src) {
			return *this;
		}
		delete[] _pstack;//需要釋放掉自身佔用的外部資源
		_pstack = new int[src._size];
		for (int i = 0; i <= src._top; i++) {
			_pstack[i] = src._pstack[i];
		}
		_top = src._top;
		_size = src._size;
		return *this;
	}

	SeqStack(const SeqStack& src) {
		cout << this << "SeqStack(const SeqStack& src)" << endl;
		_pstack = new int[src._size];
		for (int i = 0; i <= src._top; i++) {
			_pstack[i] = src._pstack[i];
		}
		_top = src._top;
		_size = src._size;
	}

四、類和對象應用實踐

類Queue：

#pragma once
class CirQueue
{
public:

	CirQueue(int size = 10) {
		_pQue = new int[size];
		_front = _rear = 0;
		_size = size;
	}

	CirQueue(const CirQueue& src) {
		_size = src._size;
		_front = src._front;
		_rear = src._rear;
		_pQue = new int[_size];
		for (int i = _front; i != _rear; i = (i + 1) % _size) {
			_pQue[i] = src._pQue[i];
		}
	}

	~CirQueue() {
		delete[] _pQue;
		_pQue = nullptr;
	}



	CirQueue& operator=(const CirQueue& src) {
		if (this == &src) {
			return *this;
		}
		delete[] _pQue;//需要釋放掉自身佔用的外部資源
		_size = src._size;
		_front = src._front;
		_rear = src._rear;
		_pQue = new int[_size];
		for (int i = _front; i != _rear; i = (i + 1) % _size) {
			_pQue[i++] = src._pQue[i];
		}
		return *this;
	}

	void push(int val) {
		if (full()) {
			resize();
		}
		_pQue[_rear] = val;
		_rear = (_rear + 1) % _size;
	}
	void pop() {
		if (empty()) {
			return;
		}
		_front = (_front + 1) % _size;
	}

	int front() {
		return _pQue[_front];
	}

	bool full() {
		return (_rear + 1) % _size == _front;
	}
	
	bool empty () {
		return _front == _rear;
	}



private:
	int* _pQue;

	int _front;

	int _rear;

	int _size;

	void resize() {
		int* ptmp = new int[_size * 2];
		int index = 0;
		for (int i = _front; i != _rear; i=(i+1)%_size) {
			ptmp[index++] = _pQue[i];
		}
		delete[] _pQue;
		_pQue = ptmp;
		_front = 0;
		_rear = index;
		_size *= 2;
	}
};

類String：

#pragma once
#include <algorithm>
class String
{
public:

	String(const char* str = nullptr) {
		if (str != nullptr) {
			_pChar = new char[strlen(str) + 1];
			strcpy(_pChar, str);
		}
		else {
			_pChar = new char[1];
			*_pChar = '\0';
		}
	}

	String(const String& str) {
		_pChar = new char[strlen(str._pChar)+1];
		strcpy(_pChar, str._pChar);
	}

	~String() {
		delete[] _pChar;
		_pChar = nullptr;
	}

	String& operator=(const String& str) {
		if (this == &str) {
			return *this;
		}
		delete[] _pChar;//需要釋放掉自身佔用的外部資源

		_pChar = new char[strlen(str._pChar) + 1];
		strcpy(_pChar, str._pChar);
		return *this;
	}

private:
	char* _pChar;
	
};

五、掌握構造函數的初始化列表

初始化列表和寫在構造體里有什麼區別：

初始化列表會直接定義並且賦值；放在構造體里會先執行定義操作，在對定義好的對象賦值。

對象變數是按照定義的順序賦值的，與構造函數中初始化列表的順序無關。上圖中的ma是0xCCCCCCCC，mb是10，ma未賦值。

六、掌握類的各種成員方法及其區別

普通成員方法和常成員方法，是可以重載的，常成員方法可以在對象聲明為const的時候調用。

對象聲明為const的時候，調用成員方法是通過const對象的指針調用的，而普通的成員方法默認生成的是普通的指針對象，不能直接賦值。

只要是只讀操作的成員方法，一律實現成const常成員方法

三種成員方法：

七、指向類成員的指針

class Test {
public:
	void func() { cout << "call Test::func" << endl; }
	static void static_func() { cout << "call Test::static_func" << endl; }

	int ma;
	static int mb;
};

int Test::mb=0;

int main() {

	Test t1;
	Test *t2 = new Test();//在堆上生成對象，並用指針指向

	//使用指針調用類成員方法(前面要加類的作用域Test::)
	void (Test:: * pfunc)() = &Test::func;
	(t1.*pfunc)();
	(t2->*pfunc)();

	//定義指向static的類成員方法
	void(*pfunc1)() = &Test::static_func;
	(*pfunc1)();

	//使用指針指向類成員變數，前面要加類的作用域Test::
	int Test::* p = &Test::ma;
	t1.*p = 20;
	cout << t1.*p << endl;

	t2->*p = 30;
	cout << t2->*p << endl;

	int* p1 = &Test::mb;
	*p1 = 40;
	cout << *p1 << endl;

	delete t2;
	return 0;
}

輸出為：

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