C++ 类 & 对象
C++ 在 C 语言的基础上增加了面向对象编程，C++ 支持面向对象程序设计。类是 C++ 的核心特性，通常被称为用户定义的类型。
类用于指定对象的形式，是一种用户自定义的数据类型，它是一种封装了数据和函数的组合。类中的数据称为成员变量，函数称为成员函数。类可以被看作是一种模板，可以用来创建具有相同属性和行为的多个对象。
C++ 类定义
定义一个类需要使用关键字 class，然后指定类的名称，并类的主体是包含在一对花括号中，主体包含类的成员变量和成员函数。
定义一个类，本质上是定义一个数据类型的蓝图，它定义了类的对象包括了什么，以及可以在这个对象上执行哪些操作。
以下实例我们使用关键字 class 定义 Box 数据类型，包含了三个成员变量 length、breadth 和 height：
class Box
{
public:
double length; // 盒子的长度
double breadth; // 盒子的宽度
double height; // 盒子的高度
};
关键字 public 确定了类成员的访问属性。在类对象作用域内，公共成员在类的外部是可访问的。您也可以指定类的成员为 private 或 protected，这个我们稍后会进行讲解。
定义 C++ 对象
类提供了对象的蓝图，所以基本上，对象是根据类来创建的。声明类的对象，就像声明基本类型的变量一样。下面的语句声明了类 Box 的两个对象：
Box Box1; // 声明 Box1，类型为 Box
Box Box2; // 声明 Box2，类型为 Box
对象 Box1 和 Box2 都有它们各自的数据成员。
访问数据成员
类的对象的公共数据成员可以使用直接成员访问运算符 . 来访问。
为了更好地理解这些概念，让我们尝试一下下面的实例：
实例
#include iostream>
using namespace std;
class Box
{
public:
double length; // 长度
double breadth; // 宽度
double height; // 高度
// 成员函数声明
double get(void);
void set( double len, double bre, double hei );
};
// 成员函数定义
double Box::get(void)
{
return length * breadth * height;
}
void Box::set( double len, double bre, double hei)
{
length = len;
breadth = bre;
height = hei;
}
int main( )
{
Box Box1; // 声明 Box1，类型为 Box
Box Box2; // 声明 Box2，类型为 Box
Box Box3; // 声明 Box3，类型为 Box
double volume = 0.0; // 用于存储体积
// box 1 详述
Box1.height = 5.0;
Box1.length = 6.0;
Box1.breadth = 7.0;
// box 2 详述
Box2.height = 10.0;
Box2.length = 12.0;
Box2.breadth = 13.0;
// box 1 的体积
volume = Box1.height * Box1.length * Box1.breadth;
cout "Box1 的体积：" volume endl;
// box 2 的体积
volume = Box2.height * Box2.length * Box2.breadth;
cout "Box2 的体积：" volume endl;
// box 3 详述
Box3.set(16.0, 8.0, 12.0);
volume = Box3.get();
cout "Box3 的体积：" volume endl;
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Box1 的体积：210 Box2 的体积：1560 Box3 的体积：1536
需要注意的是，私有的成员和受保护的成员不能使用直接成员访问运算符 (.) 来直接访问。我们将在后续的教程中学习如何访问私有成员和受保护的成员。
类 & 对象详解
到目前为止，我们已经对 C++ 的类和对象有了基本的了解。下面的列表中还列出了其他一些 C++ 类和对象相关的概念，可以点击相应的链接进行学习。
| 概念 |
描述 |
| 类的成员函数是指那些把定义和原型写在类定义内部的函数，就像类定义中的其他变量一样。 |
|
| 类成员可以被定义为 public、private 或 protected。默认情况下是定义为 private。 |
|
| 类的构造函数是一种特殊的函数，在创建一个新的对象时调用。类的析构函数也是一种特殊的函数，在删除所创建的对象时调用。 |
|
| 拷贝构造函数，是一种特殊的构造函数，它在创建对象时，是使用同一类中之前创建的对象来初始化新创建的对象。 |
|
| 友元函数 可以访问类的 private 和 protected 成员。 |
|
| 通过内联函数，编译器试图在调用函数的地方扩展函数体中的代码。 |
|
| 每个对象都有一个特殊的指针 this ，它指向对象本身。 |
|
| 指向类的指针方式如同指向结构的指针。实际上，类可以看成是一个带有函数的结构。 |
|
| 类的数据成员和函数成员都可以被声明为静态的。 |
C++ 继承
面向对象程序设计中最重要的一个概念是继承。继承允许我们依据另一个类来定义一个类，这使得创建和维护一个应用程序变得更容易。这样做，也达到了重用代码功能和提高执行效率的效果。
当创建一个类时，您不需要重新编写新的数据成员和成员函数，只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类，新建的类称为派生类。
继承代表了 is a 关系。例如，哺乳动物是动物，狗是哺乳动物，因此，狗是动物，等等。
代码如下：// 基类
class Animal {
// eat() 函数
// sleep() 函数
};
//派生类
class Dog : public Animal {
// bark() 函数
};
基类 & 派生类
一个类可以派生自多个类，这意味着，它可以从多个基类继承数据和函数。定义一个派生类，我们使用一个类派生列表来指定基类。类派生列表以一个或多个基类命名，形式如下：
class derived-class: access-specifier base-class
其中，访问修饰符 access-specifier 是 public、protected 或 private 其中的一个，base-class 是之前定义过的某个类的名称。如果未使用访问修饰符 access-specifier，则默认为 private。
假设有一个基类 Shape，Rectangle 是它的派生类，如下所示：
实例
#include iostream>
using namespace std;
// 基类
class Shape
{
public:
void setWidth(int w)
{
width = w;
}
void setHeight(int h)
{
height = h;
}
protected:
int width;
int height;
};
// 派生类
class Rectangle: public Shape
{
public:
int getArea()
{
return (width * height);
}
};
int main(void)
{
Rectangle Rect;
Rect.setWidth(5);
Rect.setHeight(7);
// 输出对象的面积
cout "Total area: " Rect.getArea() endl;
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Total area: 35
访问控制和继承
派生类可以访问基类中所有的非私有成员。因此基类成员如果不想被派生类的成员函数访问，则应在基类中声明为 private。
我们可以根据访问权限总结出不同的访问类型，如下所示：
| 访问 |
public |
protected |
private |
| 同一个类 |
yes |
yes |
yes |
| 派生类 |
yes |
yes |
no |
| 外部的类 |
yes |
no |
no |
一个派生类继承了所有的基类方法，但下列情况除外：
- 基类的构造函数、析构函数和拷贝构造函数。
- 基类的重载运算符。
- 基类的友元函数。
继承类型
当一个类派生自基类，该基类可以被继承为 public、protected 或 private 几种类型。继承类型是通过上面讲解的访问修饰符 access-specifier 来指定的。
我们几乎不使用 protected 或 private 继承，通常使用 public 继承。当使用不同类型的继承时，遵循以下几个规则：
- 公有继承（public）：当一个类派生自公有基类时，基类的公有成员也是派生类的公有成员，基类的保护成员也是派生类的保护成员，基类的私有成员不能直接被派生类访问，但是可以通过调用基类的公有和保护成员来访问。
- 保护继承（protected）： 当一个类派生自保护基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的保护成员。
- 私有继承（private）：当一个类派生自私有基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的私有成员。
多继承
多继承即一个子类可以有多个父类，它继承了多个父类的特性。
C++ 类可以从多个类继承成员，语法如下：
class <派生类名>:<继承方式1><基类名1>,<继承方式2><基类名2>,… { <派生类类体> };
其中，访问修饰符继承方式是 public、protected 或 private 其中的一个，用来修饰每个基类，各个基类之间用逗号分隔，如上所示。现在让我们一起看看下面的实例：
实例
#include iostream>
using namespace std;
// 基类 Shape
class Shape
{
public:
void setWidth(int w)
{
width = w;
}
void setHeight(int h)
{
height = h;
}
protected:
int width;
int height;
};
// 基类 PaintCost
class PaintCost
{
public:
int getCost(int area)
{
return area * 70;
}
};
// 派生类
class Rectangle: public Shape, public PaintCost
{
public:
int getArea()
{
return (width * height);
}
};
int main(void)
{
Rectangle Rect;
int area;
Rect.setWidth(5);
Rect.setHeight(7);
area = Rect.getArea();
// 输出对象的面积
cout "Total area: " Rect.getArea() endl;
// 输出总花费
cout "Total paint cost: $" Rect.getCost(area) endl;
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Total area: 35 Total paint cost: $2450
C++ 重载运算符和重载函数
C++ 允许在同一作用域中的某个函数和运算符指定多个定义，分别称为函数重载和运算符重载。
重载声明是指一个与之前已经在该作用域内声明过的函数或方法具有相同名称的声明，但是它们的参数列表和定义（实现）不相同。
当您调用一个重载函数或重载运算符时，编译器通过把您所使用的参数类型与定义中的参数类型进行比较，决定选用最合适的定义。选择最合适的重载函数或重载运算符的过程，称为重载决策。
C++ 中的函数重载
在同一个作用域内，可以声明几个功能类似的同名函数，但是这些同名函数的形式参数（指参数的个数、类型或者顺序）必须不同。您不能仅通过返回类型的不同来重载函数。
下面的实例中，同名函数 print() 被用于输出不同的数据类型：
实例
#include iostream>
using namespace std;
class printData
{
public:
void print(int i) {
cout "整数为: " i endl;
}
void print(double f) {
cout "浮点数为: " f endl;
}
void print(char c[]) {
cout "字符串为: " c endl;
}
};
int main(void)
{
printData pd;
// 输出整数
pd.print(5);
// 输出浮点数
pd.print(500.263);
// 输出字符串
char c[] = "Hello C++";
pd.print(c);
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
整数为: 5 浮点数为: 500.263 字符串为: Hello C++
C++ 中的运算符重载
您可以重定义或重载大部分 C++ 内置的运算符。这样，您就能使用自定义类型的运算符。
重载的运算符是带有特殊名称的函数，函数名是由关键字 operator 和其后要重载的运算符符号构成的。与其他函数一样，重载运算符有一个返回类型和一个参数列表。
Box operator+(const Box&);
声明加法运算符用于把两个 Box 对象相加，返回最终的 Box 对象。大多数的重载运算符可被定义为普通的非成员函数或者被定义为类成员函数。如果我们定义上面的函数为类的非成员函数，那么我们需要为每次操作传递两个参数，如下所示：
Box operator+(const Box&, const Box&);
下面的实例使用成员函数演示了运算符重载的概念。在这里，对象作为参数进行传递，对象的属性使用 this 运算符进行访问，如下所示：
实例
#include iostream>
using namespace std;
class Box
{
public:
double getVolume(void)
{
return length * breadth * height;
}
void setLength( double len )
{
length = len;
}
void setBreadth( double bre )
{
breadth = bre;
}
void setHeight( double hei )
{
height = hei;
}
// 重载 + 运算符，用于把两个 Box 对象相加
Box operator+(const Box& b)
{
Box box;
box.length = this->length + b.length;
box.breadth = this->breadth + b.breadth;
box.height = this->height + b.height;
return box;
}
private:
double length; // 长度
double breadth; // 宽度
double height; // 高度
};
// 程序的主函数
int main( )
{
Box Box1; // 声明 Box1，类型为 Box
Box Box2; // 声明 Box2，类型为 Box
Box Box3; // 声明 Box3，类型为 Box
double volume = 0.0; // 把体积存储在该变量中
// Box1 详述
Box1.setLength(6.0);
Box1.setBreadth(7.0);
Box1.setHeight(5.0);
// Box2 详述
Box2.setLength(12.0);
Box2.setBreadth(13.0);
Box2.setHeight(10.0);
// Box1 的体积
volume = Box1.getVolume();
cout "Volume of Box1 : " volume endl;
// Box2 的体积
volume = Box2.getVolume();
cout "Volume of Box2 : " volume endl;
// 把两个对象相加，得到 Box3
Box3 = Box1 + Box2;
// Box3 的体积
volume = Box3.getVolume();
cout "Volume of Box3 : " volume endl;
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Volume of Box1 : 210 Volume of Box2 : 1560 Volume of Box3 : 5400
可重载运算符/不可重载运算符
下面是可重载的运算符列表：
| 双目算术运算符 |
+ (加)，-(减)，*(乘)，/(除)，% (取模) |
| 关系运算符 |
==(等于)，!= (不等于)，< (小于)，> (大于)，=(大于等于) |
| 逻辑运算符 |
||(逻辑或)，&&(逻辑与)，!(逻辑非) |
| 单目运算符 |
+ (正)，-(负)，*(指针)，&(取地址) |
| 自增自减运算符 |
++(自增)，--(自减) |
| 位运算符 |
| (按位或)，& (按位与)，~(按位取反)，^(按位异或),，>(右移) |
| 赋值运算符 |
=, +=, -=, *=, /= , % = , &=, |=, ^=, >= |
| 空间申请与释放 |
new, delete, new[ ] , delete[] |
| 其他运算符 |
() (函数调用)， -> (成员访问)， , (逗号)， [] (下标) |
下面是不可重载的运算符列表：
- .：成员访问运算符
- .*, ->*：成员指针访问运算符
- ::：域运算符
- sizeof：长度运算符
- ?:：条件运算符
- #： 预处理符号
运算符重载实例
下面提供了各种运算符重载的实例，帮助您更好地理解重载的概念。
| 序号 |
运算符和实例 |
| 1 |
|
| 2 |
|
| 3 |
|
| 4 |
|
| 5 |
|
| 6 |
|
| 7 |
|
| 8 |
|
| 9 |
C++ 多态
多态按字面的意思就是多种形态。当类之间存在层次结构，并且类之间是通过继承关联时，就会用到多态。
C++ 多态意味着调用成员函数时，会根据调用函数的对象的类型来执行不同的函数。
下面的实例中，基类 Shape 被派生为两个类，如下所示：
实例
#include iostream>
using namespace std;
class Shape {
protected:
int width, height;
public:
Shape( int a=0, int b=0)
{
width = a;
height = b;
}
int area()
{
cout "Parent class area :" endl;
return 0;
}
};
class Rectangle: public Shape{
public:
Rectangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }
int area ()
{
cout "Rectangle class area :" endl;
return (width * height);
}
};
class Triangle: public Shape{
public:
Triangle( int a=0, int b=0):Shape(a, b) { }
int area ()
{
cout "Triangle class area :" endl;
return (width * height / 2);
}
};
// 程序的主函数
int main( )
{
Shape *shape;
Rectangle rec(10,7);
Triangle tri(10,5);
// 存储矩形的地址
shape = &rec;
// 调用矩形的求面积函数 area
shape->area();
// 存储三角形的地址
shape = &tri;
// 调用三角形的求面积函数 area
shape->area();
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Parent class area : Parent class area :
导致错误输出的原因是，调用函数 area() 被编译器设置为基类中的版本，这就是所谓的静态多态，或静态链接 - 函数调用在程序执行前就准备好了。有时候这也被称为早绑定，因为 area() 函数在程序编译期间就已经设置好了。
但现在，让我们对程序稍作修改，在 Shape 类中，area() 的声明前放置关键字 virtual，如下所示：
class Shape {
protected:
int width, height;
public:
Shape( int a=0, int b=0)
{
width = a;
height = b;
}
virtual int area()
{
cout "Parent class area :" endl;
return 0;
}
};
修改后，当编译和执行前面的实例代码时，它会产生以下结果：
Rectangle class area : Triangle class area :
此时，编译器看的是指针的内容，而不是它的类型。因此，由于 tri 和 rec 类的对象的地址存储在 *shape 中，所以会调用各自的 area() 函数。
正如您所看到的，每个子类都有一个函数 area() 的独立实现。这就是多态的一般使用方式。有了多态，您可以有多个不同的类，都带有同一个名称但具有不同实现的函数，函数的参数甚至可以是相同的。
虚函数
虚函数 是在基类中使用关键字 virtual 声明的函数。在派生类中重新定义基类中定义的虚函数时，会告诉编译器不要静态链接到该函数。
我们想要的是在程序中任意点可以根据所调用的对象类型来选择调用的函数，这种操作被称为动态链接，或后期绑定。
纯虚函数
您可能想要在基类中定义虚函数，以便在派生类中重新定义该函数更好地适用于对象，但是您在基类中又不能对虚函数给出有意义的实现，这个时候就会用到纯虚函数。
我们可以把基类中的虚函数 area() 改写如下：
class Shape {
protected:
int width, height;
public:
Shape( int a=0, int b=0)
{
width = a;
height = b;
}
// pure virtual function
virtual int area() = 0;
};
= 0 告诉编译器，函数没有主体，上面的虚函数是纯虚函数。
C++ 命名空间
假设这样一种情况，当一个班上有两个名叫 Zara 的学生时，为了明确区分它们，我们在使用名字之外，不得不使用一些额外的信息，比如他们的家庭住址，或者他们父母的名字等等。
同样的情况也出现在 C++ 应用程序中。例如，您可能会写一个名为 xyz() 的函数，在另一个可用的库中也存在一个相同的函数 xyz()。这样，编译器就无法判断您所使用的是哪一个 xyz() 函数。
因此，引入了命名空间这个概念，专门用于解决上面的问题，它可作为附加信息来区分不同库中相同名称的函数、类、变量等。使用了命名空间即定义了上下文。本质上，命名空间就是定义了一个范围。
我们举一个计算机系统中的例子，一个文件夹(目录)中可以包含多个文件夹，每个文件夹中不能有相同的文件名，但不同文件夹中的文件可以重名。
定义命名空间
命名空间的定义使用关键字 namespace，后跟命名空间的名称，如下所示：
namespace namespace_name {
// 代码声明
}
为了调用带有命名空间的函数或变量，需要在前面加上命名空间的名称，如下所示：
name::code; // code 可以是变量或函数
让我们来看看命名空间如何为变量或函数等实体定义范围：
实例
#include iostream>
using namespace std;
// 第一个命名空间
namespace first_space{
void func(){
cout "Inside first_space" endl;
}
}
// 第二个命名空间
namespace second_space{
void func(){
cout "Inside second_space" endl;
}
}
int main ()
{
// 调用第一个命名空间中的函数
first_space::func();
// 调用第二个命名空间中的函数
second_space::func();
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Inside first_space Inside second_space
using 指令
您可以使用 using namespace 指令，这样在使用命名空间时就可以不用在前面加上命名空间的名称。这个指令会告诉编译器，后续的代码将使用指定的命名空间中的名称。
实例
#include iostream>
using namespace std;
// 第一个命名空间
namespace first_space{
void func(){
cout "Inside first_space" endl;
}
}
// 第二个命名空间
namespace second_space{
void func(){
cout "Inside second_space" endl;
}
}
using namespace first_space;
int main ()
{
// 调用第一个命名空间中的函数
func();
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Inside first_space
using 指令也可以用来指定命名空间中的特定项目。例如，如果您只打算使用 std 命名空间中的 cout 部分，您可以使用如下的语句：
using std::cout;
随后的代码中，在使用 cout 时就可以不用加上命名空间名称作为前缀，但是 std 命名空间中的其他项目仍然需要加上命名空间名称作为前缀，如下所示：
实例
#include iostream>
using std::cout;
int main ()
{
cout "std::endl is used with std!" std::endl;
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
std::endl is used with std!
using 指令引入的名称遵循正常的范围规则。名称从使用 using 指令开始是可见的，直到该范围结束。此时，在范围以外定义的同名实体是隐藏的。
不连续的命名空间
命名空间可以定义在几个不同的部分中，因此命名空间是由几个单独定义的部分组成的。一个命名空间的各个组成部分可以分散在多个文件中。
所以，如果命名空间中的某个组成部分需要请求定义在另一个文件中的名称，则仍然需要声明该名称。下面的命名空间定义可以是定义一个新的命名空间，也可以是为已有的命名空间增加新的元素：
namespace namespace_name {
// 代码声明
}
嵌套的命名空间
命名空间可以嵌套，您可以在一个命名空间中定义另一个命名空间，如下所示：
namespace namespace_name1 {
// 代码声明
namespace namespace_name2 {
// 代码声明
}
}
您可以通过使用 :: 运算符来访问嵌套的命名空间中的成员：
// 访问 namespace_name2 中的成员
using namespace namespace_name1::namespace_name2;
// 访问 namespace_name1 中的成员
using namespace namespace_name1;
在上面的语句中，如果使用的是 namespace_name1，那么在该范围内 namespace_name2 中的元素也是可用的，如下所示：
实例
#include iostream>
using namespace std;
// 第一个命名空间
namespace first_space{
void func(){
cout "Inside first_space" endl;
}
// 第二个命名空间
namespace second_space{
void func(){
cout "Inside second_space" endl;
}
}
}
using namespace first_space::second_space;
int main ()
{
// 调用第二个命名空间中的函数
func();
return 0;
}
当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：
Inside second_space