C++基础

一、基础概念

（一）C和C++

1. 常变量和符号常量
   （1）符号常量：无数据类型，编译时自动替换字符串，内存中无以常量命名的储存单元
   （2）常变量：内存中有以它命名的储存单元，值不可改变，声明同时必赋值。
2. 输入输出流：
   （1）可以连续输入输出
   （2）控制符
3. 函数
   （1）inline内置函数：节省函数调动时间。适合规模小且平凡使用的函数。建议性指令，编译系统会做出判断。
   （2）重载：函数名相同，但是参数或函数体不同。核心：系统要能根据参数的差异（参数类型，个数，顺序）辨别函数。
   （3）模板：不约定函数类型和参数类型，只定义相同的函数体和参数个数。
4. 变量
   （1）作用域：局部和全局
   （2）存储方式：静态、动态(形参，函数中定义的变量，函数调用保护现场和返回地址）；
   存储类别：auto、static、register（建议性）、extern；static定义的外部变量（或函数）不可以被其它文件以extern的方式引用，只允许在本文件内使用。
5. 指针
   （1） int (*p) (int, int) //定义指向函数的指针
   （2） int *p(int, int) //定义返回指针类型的函数
   （3） int func(int a, int (*p)(int, int)) //传递指针函数
   （4） int *p[4] //定义指针数组
   （5） int (*p)[4] //定义指向数组的指针
   （6） const int *p = &a; // 无法通过指针改变变量，但是指针的指向可以改变；常用于形参传递，保护原变量。
   （7） int * const p =&a // 常指针，指针指向不可以改变，但是可以通过指针改变变量的值
   （8）空指针：指向的数据类型不确定，过渡型的，需要转换才能被使用。
6. 引用：主要用于函数参数传递，虚实结合。本质上使地址传递，提高效率不用单独开销。
   引用、指针、变量名是三种访问变量的常用手段。
7. 结构体：Student *p = &stu;
   访问方式：stu.name; (*p).name; p->name
8. typedef便于程序移植时统一更改数据类型。

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（二）C++面向对象

1. 面向对象：抽象（归纳有关事物的共性）、封装、继承（软件重用）、多态（不同派生类对同一消息的不同响应）
2. 思想：分块设计、组装功能
3. 对象=属性（数据，封装起来）+行为（函数，对外的接口），对象间通过消息来联系；对象=算法+数据结构；程序=对象s+消息
4. 设计考虑两方面：（1）如何设计对象，选择把哪些数据和操作封装在一起；（2）如何向对象发消息。
5. 面向对象软件开发：OOA->OOD->OOP->OOT->OOSM
6. 成员访问限定：
   （1）private（默认）：私有成员只能被类中成员函数引用，类外不能引用（除友元类）
   （2）protected：不能被类外引用，但可以被派生类引用
7. 成员函数
   （1）类外定义时，要用“：：”作用域限定符 e.g. void Student::display()
   （2）良好的习惯：类内声明，类外定义。
   （3）成员函数存储方式：同一类的不同对象，数据分开储存，函数占用相同的地址，通过this指针来区别不同的对象。函数不占用对象的存储空间
8. 类的封装和信息隐蔽：
   （1）公用接口和私有实现分离：用户可以接触公用接口，但是不能接触被隐蔽的数据和实现的细节。便于类的修改（一改全改）和调试（有针对性）。
   （2）类声明和成员函数分离：类声明文件.h、类实现文件.cpp（一次性编译成目标文件，避免反复多次重复编译）、主函数文件.cpp

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二、核心

（一）类和对象

1. 构造函数——初始化
   （1）名称必须与类名相同；
   （2）定义对象时系统自动调用，不能被用户调用，只能执行一次；
   （3）不具有任何类型，不返回任何值；
   （4） 可以重载，可以使用默认值（必须是声明时使用，因为这样用户可以看到）。
2. 析构函数——清理工作
   （1）名称是类名前面加~
   （2）在函数中定义对象，函数结束，对象释放时调用；static局部对象在main或exit函数结束程序时调用；由new创建，当delete释放该对象时调用。
   （3）不具有任何类型，不返回任何值，没有参数
   （4）顺序：先构造，后析构
3. 指向对象的指针
   （1）指向对象数据成员的指针=普通指针
   （2）指向对象成员函数的指针：
   声明： void(Time:: *p)(int, int,int)
   赋值： p = &Time::set_time(int, int,int);
   因为成员函数是属于整个类的而不是某个对象的，所以要说明所属类
   （3）this指针：值为当前被调用的成员函数所在的对象的起始地址，指向本类对象的指针；隐式使用，作为参数传递给成员函数。
4. 常对象——数据保护
   （1）常数据成员：const int hour;
   值不可以改变，只能通过构造函数的参数初始化表进行初始化。
   Time::Time(int s, int m, int h): second(s), minute(m), hour(h){函数体}
   可以被任意成员函数引用。
   常对象的数据成员都是常数据成员。
   （2）常成员函数：void get_time() const;
   可以引用任意成员数据，但是不可以修改数据。
   （3）常对象：Time const t1(12,34,46); const Time t1(12,34,46);
   常对象的数据成员都是常数据成员，成员函数则不一定。
   用户只能调用其常成员函数
   （4）常指针：Time * const ptr1 = &t1;指针的指向不变
   const Time * ptr1 = &t1;不能通过指针改变值
   指向非const型变量的指针不能指向const变量；指向const型变量的指针可以指向const变量和非const变量，但是都不能改变其值。
   （5）常引用：值不可以被改变
5. 对象的赋值和复制
   书上的一句话：类的数据成员中不能包括动态分配的数据，否则在赋值时可能出现严重后果
   Box b2 = b1; （b1已经定义）
6. 静态成员——数据共享
   （1）静态数据成员：static int height;
   （2）该数据成员在所有对象的值是一样的；
   （3）只占一份空间，在程序开始时被分配，直到程序结束才释放；
   （4）默认赋值为零，只能在类外进行初始化：
   int Box::height = 10;
   和成员函数一样，它不属于某个单独的对象，而是属于一类。
   所以调用时，可以通过对象a.height也可通过类Box::height
   （5）全局变量也可以数据共享，但是不符合封装的要求。
   （6）静态成员函数：属于整个类，没有this指针，因而只能访问静态成员；
7. 友元：数据共享——让非本类中的函数访问private数据，但是打破了封装性
   （1）声明：friend void display(Time &);
   （2）使用：void display(Time &t){ t.hour = 20} 与成员函数不同的是，要指出对象名t
   （3）友元类：类A中声明 friend B，则类B中所有成员都可以访问A的私有数据

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（二）继承与派生（软件重用）

1. 继承方式：解决派生类内、外对基类成员的访问权限，由基类成员的访问属性和继承方式共同决定
   （1）基类private（默认）：派生类中不可访问
   （2）基类public（常用）：派生类的访问属性=继承方式
   （3）基类protect：派生类的访问属性=max（protect， 继承方式），即取最高的权限
2. 构造派生类三步：
   （1）从基类接受成员：全部接受，不可选择。构造函数和析构函数不能继承。
   （2）改变接受成员：访问属性，成员函数覆盖（同名，同参数个数、类型）
   （3）增加新成员
3. 构造函数和析构函数
   （1）构造函数
   Student1(int n, string nam, char s, int a, string ad): Student(n, nam, s), monitor(nl, naml)
   对基类、子对象、派生类数据成员初始化。
   多层派生只初始化上一层派生类即可。
   （2）执行顺序：
   构造：基类->子对象->派生类
   析构：派生类->子对象->基类
4. 多重继承（因为有二义性所以不提倡使用）
   （1）二义性：多个基类的数据成员重名情
   解决方法：派生类引用时制定作用域，如c1.A::display();
   缺点：占用不必要的空间
   （2）虚基类
   声明派生类时，指定继承方式：class B : virtual public A, 则派生类只继承该基类一次。（因为一个积累可以在生成一个派生类时作为虚基类，而在生成另一个派生类时不作为虚基类。）
   初始化：最后的派生类，要负责对直接基类和虚基类初始化。（避免虚基类的不同直接派生类初始化时产生分歧）
   使用的时候，直接引用变量名，不会产生歧义。
5. 基类与派生类
   （1）公用派生类可以给基类赋值，给基类的引用赋值，可以给基类或基类的引用传参数，可以给指向基类的指针赋值
   （2）细节：通过指向基类对象的指针，只能访问派生类中的基类成员，而不能访问派生类增加的成员
   设Graduate类继承于Student类。Student * pt = &grad1; pt只是指向了grad1从Student类中继承的部分，pt->display()调用的是基类Student的函数！！
   （3）问题的解决：虚函数
6. 类的组合
   （1）在一个类中，以另一个类的对象作为数据成员，成为类的组合。描述“有”的关系，是横向的。
   （2）继承描述“是”的关系，是纵向的。
7. 继承的意义
   （1）有许多基类是被程序的其它部分或其它程序使用的，这些程序要求保留原有的基类不被破坏。 使用继承是建立新的数据类型，他继承了基类的所有特征， 但不改变基类本身。基类的名称、构成和访问属性丝毫没有改变，不会影响其他程序的使用。
   （2）用户往往得不到基类的源代码。如果想修改已有的类，必须掌握类的声明和类的实现（成员函数的定义）的源代码。但是，如果使用类库，用户是无法知道成员函数的代码的，因此也就无法对基类进行修改，保证了基类的安全。
   （3）在类库中，一个基类可能已被指定与用户所需的多种组件建立了某种联系，因此在类库中的基类是不容许修改的（即使用户知道了源代码，也决不允许修改）。
   （4）实际上，许多基类并不是从已有的其他程序中选取来的，而是专门作为基类设计的。有些基类可能并没有什么独立的功能，只是一个框架，或者说是抽象类。人们根据需要设计了一批能适用于不同用途的通用类，目的是建立通用的数据结构，以便用户在此基础上添加各种功能建立各种功能的派生类。
   （5）在面向对象程序设计中，需要设计类的层次结构，从最初的抽象类出发，每一层派生类的建立都逐步地向着目标的具体实现前进。换句话说，是不断地从抽象到具体的过程。每一层的派生和继承都要站在整个系统的角度统一规划，精心组织。

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（三）多态性与虚函数

1. 向不同的对象发送同一个消息，不同的对象在接收时会产生不同的行为。具体来说，就是具有不同功能的函数可以用同一个函数名
2. 分类：静态（编译时决定：运算符、函数的重载）、动态（运行时决定：虚函数）
3. 同名覆盖：两个同名函数，函数类型和参数个数都相同，分别在基类和派生类中，属于同名覆盖，不是重载。重载必须至少一个不同。
4. 指向基类的指针，赋值为派生类时：如果不声明虚函数，则只能指向派生类中基类的部分；若声明虚函数，则可以指向该派生类的全部相关数据。
5. 声明方法：在基类中virtual void display();
6. 使用场合：基类中，且在派生过程中可能被修改；通过基类指针或引用去访问成员函数
7. 虚析构函数：在基类定义析构函数时声明为虚函数，从而在delete撤销派生类时可以同时调用基类和派生类的析构函数。
8. 纯虚函数：virtual float area() const = 0; 只声明虚函数，留在派生类中定义。
9. 抽象类：不用于生成对象，用于派生。所有包含纯虚函数的类都是抽象类。

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三、其它

（一）输入输出流

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（二）运算符重载

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（三）异常处理

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（四）命名空间