《C++類與對(duì)象》課件

C++類與對(duì)象C++是一種面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言，其核心概念之一是類與對(duì)象。類是對(duì)象的藍(lán)圖，定義了對(duì)象的行為和屬性。對(duì)象是類的實(shí)例，擁有類定義的屬性和行為。什么是類和對(duì)象類：藍(lán)圖類是對(duì)象的模板，它描述了一組對(duì)象共有的屬性和行為。對(duì)象：實(shí)例對(duì)象是類的具體實(shí)例，它擁有類定義的屬性和行為。關(guān)系：模板與實(shí)例類就像一個(gè)藍(lán)圖，而對(duì)象則是根據(jù)藍(lán)圖創(chuàng)建出來(lái)的實(shí)際物件。類的定義語(yǔ)法類定義使用關(guān)鍵字class開(kāi)始，后面跟著類名和一對(duì)花括號(hào)?；ɡㄌ?hào)內(nèi)包含類的成員變量和成員函數(shù)的聲明。示例classDog{public:voidbark();private:intage;};成員變量和成員函數(shù)11.成員變量成員變量是類內(nèi)部定義的變量，它們表示對(duì)象的狀態(tài)或?qū)傩浴?2.成員函數(shù)成員函數(shù)是類內(nèi)部定義的函數(shù)，它們定義了對(duì)象的行為或操作。33.訪問(wèn)成員變量和成員函數(shù)通過(guò)對(duì)象名和點(diǎn)運(yùn)算符可以訪問(wèn)類的成員變量和成員函數(shù)。44.類和對(duì)象的本質(zhì)類是對(duì)象的模板，對(duì)象是類的實(shí)例，它包含了成員變量和成員函數(shù)。訪問(wèn)控制符:public、private和protectedpublic類成員對(duì)所有用戶公開(kāi)訪問(wèn)。private類成員僅對(duì)類本身可見(jiàn)，外部無(wú)法訪問(wèn)。protected類成員對(duì)自身和其子類可見(jiàn)，外部無(wú)法訪問(wèn)。構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)1構(gòu)造函數(shù)對(duì)象創(chuàng)建時(shí)自動(dòng)調(diào)用2初始化成員變量確保對(duì)象處于有效狀態(tài)3析構(gòu)函數(shù)對(duì)象銷毀時(shí)自動(dòng)調(diào)用4釋放資源清理對(duì)象占用的內(nèi)存和資源構(gòu)造函數(shù)用于在對(duì)象創(chuàng)建時(shí)初始化其成員變量，確保對(duì)象處于有效狀態(tài)。析構(gòu)函數(shù)在對(duì)象銷毀時(shí)被調(diào)用，用于釋放對(duì)象占用的內(nèi)存和資源。它們是類中特殊成員函數(shù)，分別在對(duì)象的創(chuàng)建和銷毀階段自動(dòng)執(zhí)行，為對(duì)象的生命周期提供了重要的保障。深入理解構(gòu)造函數(shù)初始化成員構(gòu)造函數(shù)在對(duì)象創(chuàng)建時(shí)被自動(dòng)調(diào)用，用于初始化對(duì)象的成員變量。保證對(duì)象狀態(tài)構(gòu)造函數(shù)確保對(duì)象在創(chuàng)建時(shí)處于一致和有效的狀態(tài)，避免潛在的錯(cuò)誤。定制對(duì)象初始化通過(guò)構(gòu)造函數(shù)參數(shù)，可以為不同場(chǎng)景創(chuàng)建具有不同初始值的同一個(gè)類型的對(duì)象。重載構(gòu)造函數(shù)多個(gè)構(gòu)造函數(shù)允許創(chuàng)建不同的對(duì)象實(shí)例。不同參數(shù)類型不同參數(shù)數(shù)量靈活初始化根據(jù)具體情況選擇合適的構(gòu)造函數(shù)。簡(jiǎn)化對(duì)象創(chuàng)建提高代碼可讀性代碼示例演示構(gòu)造函數(shù)重載的使用。參數(shù)列表差異初始化方式不同拷貝構(gòu)造函數(shù)定義拷貝構(gòu)造函數(shù)用于創(chuàng)建新對(duì)象，并將其初始化為現(xiàn)有對(duì)象的副本。它接受一個(gè)同類類型的常量引用作為參數(shù)。作用用于避免對(duì)象復(fù)制過(guò)程中數(shù)據(jù)丟失或錯(cuò)誤。允許創(chuàng)建對(duì)象副本，以便在需要時(shí)使用。賦值運(yùn)算符重載賦值運(yùn)算符重載C++中的賦值運(yùn)算符（=）用于將一個(gè)對(duì)象的值賦給另一個(gè)對(duì)象?？截悩?gòu)造函數(shù)在創(chuàng)建新對(duì)象時(shí)，默認(rèn)情況下會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行淺拷貝。深拷貝在進(jìn)行深拷貝時(shí)，需要手動(dòng)分配新的內(nèi)存空間并復(fù)制對(duì)象成員的值。靜態(tài)成員變量和靜態(tài)成員函數(shù)靜態(tài)成員變量屬于類本身，而不是對(duì)象。所有對(duì)象共享一個(gè)靜態(tài)成員變量。使用類名訪問(wèn)靜態(tài)成員變量。靜態(tài)成員函數(shù)屬于類本身，不需要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象就可以調(diào)用。靜態(tài)成員函數(shù)只能訪問(wèn)靜態(tài)成員變量，不能訪問(wèn)非靜態(tài)成員變量和函數(shù)。使用場(chǎng)景靜態(tài)成員變量和函數(shù)用于保存類級(jí)別的信息和操作，例如計(jì)數(shù)器或全局?jǐn)?shù)據(jù)。this指針11.指向自身this指針是一個(gè)隱藏的指針，它指向當(dāng)前對(duì)象本身。22.使用范圍在類的成員函數(shù)內(nèi)部，this指針可用于訪問(wèn)當(dāng)前對(duì)象的成員變量和成員函數(shù)。33.隱式傳遞當(dāng)調(diào)用成員函數(shù)時(shí)，this指針被隱式地傳遞給該函數(shù)。44.特殊情況在靜態(tài)成員函數(shù)中，this指針不可用，因?yàn)殪o態(tài)成員函數(shù)不屬于任何對(duì)象。繼承繼承是面向?qū)ο缶幊讨凶钪匾母拍钪?。它允許創(chuàng)建新的類（稱為派生類或子類）繼承現(xiàn)有類（稱為基類或父類）的屬性和方法。繼承支持代碼重用，減少重復(fù)代碼并提高代碼可維護(hù)性。它使代碼更具層次結(jié)構(gòu)，易于理解和管理。繼承的基本形式單一繼承一個(gè)子類僅繼承自一個(gè)父類。子類可以訪問(wèn)父類的公共成員和受保護(hù)成員。多重繼承一個(gè)子類可以繼承自多個(gè)父類。子類可以訪問(wèn)所有父類的公共成員和受保護(hù)成員。繼承的訪問(wèn)控制公有繼承派生類可以訪問(wèn)基類中所有公有成員。私有繼承派生類不能直接訪問(wèn)基類中的成員，但可以通過(guò)基類的公有成員函數(shù)來(lái)訪問(wèn)。保護(hù)繼承派生類只能訪問(wèn)基類中的保護(hù)成員，但不能訪問(wèn)私有成員。多繼承11.多個(gè)父類子類可以從多個(gè)父類繼承成員。22.多重特性子類可以同時(shí)獲得多個(gè)父類的屬性和方法。33.菱形繼承當(dāng)多個(gè)父類繼承自同一個(gè)祖先時(shí)，會(huì)導(dǎo)致菱形繼承問(wèn)題。44.虛繼承虛繼承用于解決菱形繼承問(wèn)題，確保只有一個(gè)祖先類實(shí)例。虛函數(shù)和虛函數(shù)表虛函數(shù)表存儲(chǔ)指向虛函數(shù)的指針，每個(gè)類都包含一個(gè)虛函數(shù)表。多態(tài)通過(guò)虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行時(shí)綁定函數(shù)調(diào)用。動(dòng)態(tài)綁定根據(jù)對(duì)象類型選擇合適的虛函數(shù)執(zhí)行。純虛函數(shù)和抽象類抽象類抽象類不能被實(shí)例化，只作為基類。其目的是為子類提供公共接口，子類必須實(shí)現(xiàn)這些接口。純虛函數(shù)純虛函數(shù)沒(méi)有函數(shù)體，由子類實(shí)現(xiàn)具體邏輯。它們?cè)诔橄箢愔卸x，用來(lái)強(qiáng)制子類提供具體的實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用場(chǎng)景例如，定義一個(gè)形狀類，包含一個(gè)抽象函數(shù)計(jì)算面積。不同子類（如圓形、三角形）可以實(shí)現(xiàn)自己的面積計(jì)算方法。多態(tài)11.基于類型的多態(tài)性在運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的實(shí)際類型執(zhí)行不同的操作，例如函數(shù)重載。22.基于繼承的多態(tài)性通過(guò)虛函數(shù)，父類指針可以指向子類對(duì)象，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)綁定。33.多態(tài)的好處提高代碼的可擴(kuò)展性、可維護(hù)性和可讀性。dynamic_cast和static_cast類型轉(zhuǎn)換dynamic_cast和static_cast是C++中的類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符，用于將一種數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)據(jù)類型。dynamic_castdynamic_cast用于運(yùn)行時(shí)類型轉(zhuǎn)換，它檢查目標(biāo)類型是否與源類型兼容，如果兼容則進(jìn)行轉(zhuǎn)換，否則返回nullptr。static_caststatic_cast用于編譯時(shí)類型轉(zhuǎn)換，它不進(jìn)行運(yùn)行時(shí)檢查，如果類型轉(zhuǎn)換不合法，則可能會(huì)導(dǎo)致程序崩潰。多態(tài)dynamic_cast通常用于多態(tài)場(chǎng)景，它可以根據(jù)實(shí)際類型進(jìn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，而static_cast只能進(jìn)行靜態(tài)類型轉(zhuǎn)換。友元函數(shù)和友元類友元函數(shù)友元函數(shù)可以訪問(wèn)類的私有和保護(hù)成員。友元函數(shù)聲明在類的內(nèi)部，使用friend關(guān)鍵字。友元類友元類可以訪問(wèn)另一個(gè)類的所有成員，包括私有和保護(hù)成員。友元類聲明在類的內(nèi)部，使用friend關(guān)鍵字。優(yōu)點(diǎn)提高代碼可讀性簡(jiǎn)化代碼編寫(xiě)缺點(diǎn)破壞封裝性代碼維護(hù)困難內(nèi)聯(lián)函數(shù)提高效率內(nèi)聯(lián)函數(shù)直接將函數(shù)體代碼插入到調(diào)用處，避免了函數(shù)調(diào)用的開(kāi)銷，提高程序執(zhí)行效率。代碼簡(jiǎn)潔內(nèi)聯(lián)函數(shù)的代碼直接嵌入調(diào)用處，使代碼更簡(jiǎn)潔易懂，便于理解和維護(hù)。適用場(chǎng)景適合于小型、頻繁調(diào)用的函數(shù)，例如簡(jiǎn)單的計(jì)算函數(shù)、訪問(wèn)成員變量的函數(shù)等。操作符重載概念操作符重載允許您為現(xiàn)有操作符賦予新的含義。例如，您可以重載加號(hào)運(yùn)算符(+)以執(zhí)行字符串的串聯(lián)。語(yǔ)法使用關(guān)鍵字`operator`后跟要重載的操作符來(lái)定義重載運(yùn)算符。重載運(yùn)算符必須至少有一個(gè)參數(shù)，并且返回值類型必須是有效的類型。示例以下示例重載了加號(hào)運(yùn)算符以執(zhí)行兩個(gè)復(fù)數(shù)的加法。classComplex{public:Complexoperator+(constComplex&other)const{returnComplex(real+other.real,imag+other.imag);}//...};類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符重載自定義類型轉(zhuǎn)換C++允許重載類型轉(zhuǎn)換運(yùn)算符，將自定義類型轉(zhuǎn)換為其他類型。顯式類型轉(zhuǎn)換使用explicit關(guān)鍵字可以避免意外的類型轉(zhuǎn)換。語(yǔ)法使用operator關(guān)鍵字后跟目標(biāo)類型，例如operatorint()。嵌套類定義一個(gè)類可以在另一個(gè)類中定義，稱為嵌套類。訪問(wèn)控制嵌套類默認(rèn)具有私有訪問(wèn)權(quán)限，外部無(wú)法直接訪問(wèn)。封裝嵌套類可以增強(qiáng)類的封裝性，保護(hù)數(shù)據(jù)和方法。匿名對(duì)象創(chuàng)建方式匿名對(duì)象不使用任何標(biāo)識(shí)符，直接在需要的地方創(chuàng)建。在表達(dá)式中直接使用。作用域匿名對(duì)象僅在聲明它的表達(dá)式范圍內(nèi)有效。對(duì)象創(chuàng)建后立即被銷毀。使用場(chǎng)景適用于臨時(shí)使用，無(wú)需多次訪問(wèn)的對(duì)象。例如，調(diào)用函數(shù)時(shí)的參數(shù)或返回值?？截悓?duì)象的深拷貝和淺拷貝1淺拷貝僅復(fù)制對(duì)象成員變量的值，兩個(gè)對(duì)象共享內(nèi)存地址。當(dāng)一個(gè)對(duì)象更改其成員變量的值時(shí)，另一個(gè)對(duì)象的值也會(huì)發(fā)生變化。2深拷貝復(fù)制對(duì)象成員變量的值，并分配新的內(nèi)存空間。兩個(gè)對(duì)象擁有各自的成員變量副本，彼此獨(dú)立。3區(qū)別淺拷貝效率高，但會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)對(duì)象共享資源，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。深拷貝效率低，但確保每個(gè)對(duì)象擁有獨(dú)立的資源，避免數(shù)據(jù)沖突。異常處理處理錯(cuò)誤異常處理機(jī)制可以防止程序因錯(cuò)誤而崩潰，提高程序的健壯性。try-catch-throwtry塊用于包含可能拋出異常的代碼，catch塊用于捕獲異常，throw關(guān)鍵字用于拋出異常。異常類型C++提供了多種內(nèi)置異常類型，例如std::exception、std::runtime_error等。自定義異常程序員可以自定義異常類，以便更好地處理特定類型的錯(cuò)誤。RTTI運(yùn)行時(shí)類型識(shí)別RTTI允許程序在運(yùn)行時(shí)識(shí)別對(duì)象的類型，這對(duì)動(dòng)態(tài)綁定和多態(tài)性至關(guān)重要。類型信息查詢RTTI提供了一種機(jī)制來(lái)獲取對(duì)象的類型信息，例如類名和繼承關(guān)系。動(dòng)態(tài)類型識(shí)別在運(yùn)行時(shí)確定對(duì)象實(shí)際類型的能力，使程序能夠根據(jù)類型進(jìn)行不同的操作。智能指針智能指針可有效解決內(nèi)存泄漏問(wèn)題，并釋放開(kāi)發(fā)者手動(dòng)管理內(nèi)存的負(fù)擔(dān)。它提供了一種安全且