C++ 面向对象

一、C++三大特性

记忆口诀

三大特性记分明，封装继承多态行；
封装数据和操作，权限控制安全定；
继承复用加扩展，子类父类心相印；
多态接口行为异，编译运行两类型。

核心概念

封装：数据与操作打包，通过访问权限控制暴露（public/private/protected），提高安全性，隐藏实现细节
继承：子类拥有父类属性和行为，可在原有基础上扩展，实现代码复用
多态：同一种接口不同行为，分编译时多态（函数重载、运算符重载）和运行时多态（虚函数+继承）

代码示例

#include <iostream>
using namespace std;

// 封装
class Animal {
protected:
    string name;
public:
    Animal(string n) : name(n) {}
    virtual void speak() {  // 虚函数实现多态
        cout << name << " is making a sound." << endl;
    }
};

// 继承
class Dog : public Animal {
public:
    Dog(string n) : Animal(n) {}
    void speak() override {  // 重写父类方法
        cout << name << " says: Woof!" << endl;
    }
};

// 多态体现
void animalSpeak(Animal* a) {
    a->speak();  // 根据对象真实类型调用方法
}

二、重载与重写

记忆口诀

重载重写要分清，作用时机不相同；
重载同类名相同，参数不同编译定；
重写继承父虚函，函数签名要一致；
运行绑定用多态，override关键字记。

重载（Overload）

定义：同一作用域内，函数名相同但参数列表不同
特点：编译期绑定（静态多态），与返回值无关

重写（Override）

定义：派生类重写基类虚函数，函数签名完全相同
特点：运行期绑定（动态多态），需用virtual和override关键字

代码示例

// 重载示例
class Printer {
public:
    void show(int x) { cout << "打印 int: " << x << endl; }
    void show(double x) { cout << "打印 double: " << x << endl; }
};

// 重写示例
class Animal {
public:
    virtual void speak() { cout << "动物在叫" << endl; }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override { cout << "狗在叫：汪汪汪" << endl; }
};

三、访问修饰符

记忆口诀

访问权限有三种，public、private和protected；
公有成员随便用，私有只能内部通；
保护成员加一层，子类也能来访问。

核心概念

public：类内外都可访问
private：仅类内部可访问
protected：类内部和派生类可访问

四、多重继承

记忆口诀

多重继承多基类，功能强大风险藏；
菱形继承问题现，二义性来把人伤；
虚继承来解难题，共享基类实例创。

核心概念

定义：一个类从多个基类继承属性和行为
问题：菱形继承会导致二义性（同一基类在派生类中出现多次）
解决：虚继承（virtual）确保基类在最终派生类中只存在一个实例

代码示例

// 虚继承解决菱形问题
class Animal { /* ... */ };
class Mammal : virtual public Animal { /* ... */ };
class Bird : virtual public Animal { /* ... */ };
class Bat : public Mammal, public Bird { /* ... */ };

五、多态的实现机制

记忆口诀

多态实现靠虚函，四个步骤记心间；
基类声明加virtual，派生重写override添；
基类指针指派生，调用方法运行辨；
底层依赖vtable，虚指针来把表联。

实现步骤

基类声明虚函数（virtual关键字）
派生类重写虚函数（override关键字）
使用基类指针/引用指向派生类对象
通过基类指针/引用调用虚函数

底层机制

虚函数表（vtable）：每个含虚函数的类都有一个vtable，存储虚函数地址
虚指针（vptr）：每个对象内含一个vptr，指向所属类的vtable
动态绑定：运行时通过vptr找到vtable，调用对应函数

六、成员与静态成员

记忆口诀

成员静态要区分，所属对象与类分；
成员函数带this，访问变量实例跟；
静态函数无this，只能访问静态存；
静态变量类共享，类外定义初始化。

成员函数与成员变量

成员函数：属于对象，可访问成员变量，通过对象调用
成员变量：每个对象一份，随对象创建和销毁

静态成员函数与静态成员变量

静态成员函数：属于类，无this指针，不能直接访问非静态成员
静态成员变量：所有对象共享，需在类外定义和初始化

代码示例

class MyClass {
public:
    int memberVar;  // 成员变量
    static int staticVar;  // 静态成员变量声明
    
    void memberFunc() { /* 成员函数 */ }
    static void staticFunc() { /* 静态成员函数 */ }
};

int MyClass::staticVar = 0;  // 静态成员变量定义

七、构造函数与析构函数

记忆口诀

构造析构特殊函，生命周期来掌管；
构造函数无返回，与类同名可重载；
默认带参拷贝委，各司其职来创建；
析构函数波浪号，资源释放要做好。

构造函数

定义：创建对象时自动调用，用于初始化对象
特点：函数名与类名相同，无返回类型，可以重载
种类：默认构造、带参构造、拷贝构造、委托构造

析构函数

定义：对象销毁时自动调用，用于释放资源
特点：函数名前加~，无参数，不能重载

代码示例

class MyClass {
public:
    // 默认构造函数
    MyClass() { /* 初始化 */ }
    
    // 带参数构造函数
    MyClass(int val) { /* 参数初始化 */ }
    
    // 拷贝构造函数
    MyClass(const MyClass &other) { /* 深拷贝或浅拷贝 */ }
    
    // 委托构造函数
    MyClass() : MyClass(42) { /* 委托给带参构造 */ }
    
    // 析构函数
    ~MyClass() { /* 释放资源 */ }
};

八、虚函数与纯虚函数

记忆口诀

虚函数有实现，派生可选重写；
纯虚函数等号零，强制派生实现它；
抽象类含纯虚函，不能实例只能继承；
接口规范靠它们，多态机制顶呱呱。

虚函数

定义：基类中用virtual声明的函数，可在派生类中重写
特点：有默认实现，派生类可选重写，包含虚函数的类可实例化

纯虚函数

定义：没有实现的虚函数（virtual func() = 0）
特点：派生类必须实现，包含纯虚函数的类为抽象类，不能实例化

代码示例

// 虚函数
class Base {
public:
    virtual void virtualFunc() { /* 有实现 */ }
};

// 纯虚函数与抽象类
class AbstractBase {
public:
    virtual void pureVirtualFunc() = 0;  // 无实现
};

九、虚析构函数

记忆口诀

虚析构函数很重要，多态删除离不了；
基类指针指派生，delete时析构全调用；
若无虚析构来帮忙，资源泄漏把祸闯。

核心概念

定义：带virtual关键字的析构函数
作用：确保通过基类指针删除派生类对象时，正确调用派生类析构函数，避免资源泄漏

代码示例

class Base {
public:
    virtual ~Base() { /* 基类析构 */ }
};

class Derived : public Base {
public:
    ~Derived() override { /* 派生类析构 */ }
};

十、不能声明为虚函数的函数

记忆口诀

虚函数有例外，以下函数不能改；
构造函数最明显，对象未建vptr未；
静态友元普通函，无继承无this在；
内联函数编译展，动态绑定冲突来。

不可声明为虚函数的函数

构造函数：对象未完全创建，vptr未初始化
普通函数（非成员函数）：无继承特性，无意义
静态成员函数：属于类而非对象，无this指针
友元函数：C++不支持友元函数继承
内联成员函数：内联编译与虚函数动态绑定矛盾

十一、深拷贝与浅拷贝

记忆口诀

深拷贝，资源复制彻底分；
每个对象有自己的内存根；
浅拷贝，资源共享问题生；
重复释放要小心。

深拷贝

定义：完全复制对象及其内部动态分配的资源
特点：新对象与原对象完全独立，需手动管理内存

浅拷贝

定义：仅复制对象值，不复制内部动态分配资源
特点：新对象与原对象共享资源，可能导致重复释放

代码示例

// 深拷贝示例
class DeepCopyExample {
public:
    int *data;
    
    DeepCopyExample(const DeepCopyExample &other) {
        data = new int(*(other.data));  // 复制资源
    }
    
    ~DeepCopyExample() { delete data; }
};

// 浅拷贝示例（默认拷贝行为）
class ShallowCopyExample {
public:
    int *data;  // 仅复制指针值，不复制指向的内容
};

十二、运算符重载

记忆口诀

运算符重载函数藏，本质还是函数样；
算术关系非成员，赋值下标必须藏；
递增递减建议藏，箭头必须成员当；
特殊运算符别乱抢，原有语义要保障。

核心概念

本质：函数重载，函数名为"operator运算符"
调用方式：可直接使用运算符（a+b）或函数调用形式（operator+(a,b)）

规则与建议

算术/关系运算符：建议非成员函数，保持对称性
赋值运算符：必须是成员函数
下标运算符：必须是成员函数，建议提供const和非const版本
递增/递减运算符：建议成员函数，区分前置/后置版本
箭头运算符(->)：必须是成员函数

特殊注意

不建议重载：逗号、取地址、逻辑与、逻辑或（破坏原有语义或求值顺序）
输入/输出运算符：建议非成员函数，需定义为友元以访问私有成员
Lambda表达式：被编译器翻译为未命名类的未命名对象，捕获列表对应类的数据成员