C++：清华大学《C++面向对象程序设计》课程笔记(上)—基础语法

本文主要记录了清华大学《C++面向对象程序设计》课程的基础语法笔记，使用的语法规则基于“std::C++11”版本，编译环境为Dev-C++ 5.11，供读者阅读学习或者,转载须经本人许可。

【变量定义与初始化】

【main函数的命令行参数】

采用命令行导入参数，使用atio()模块：

1.argv为传入的字符串数组，可用来输入参数，通过命令行设置参数执行代码程序。

2auto 自动赋予变量类型。

【指针变量的动态生成与删除】

1.指针变量所指内存可以通过new/delete运算符在程序运行时动态生成和删除：

这里需要注意的是int* b=new int(10);b是单个指针变量，以及未被赋值的ptr在内存中被分配为随机地址。

【左值引用】

1.形如：类型名&引用名=变量名，引用必须在定义时初始化（赋初值），被引用的变量名可以是结构体变量成员。

函数参数采用引用类型，表示函数的形参与实参是同一变量，改变形参将改变实参。

2.此外，函数返回值可以是引用类型，但返回的引用不可以是该函数的局部临时变量。

这里需要注意的是swap(int &x,int &y)的写法，swap(int& x,int& y)也表示引用类型。

【右值引用】

1.形如：类型名&&引用名 表达式（右值：无法取地址以及变量名称的值或表达式）

例如：int&&sum=3+4;float&& res=ReturnType(f1,f2);

2.右值引用的典型应用是在函数参数中，Void AcceptedValueRef(T&& s){…};

3.目的是：减少临时变量拷贝的开销。

【 初始化列表】

1.用花括号{}包括的元素序列，用来对变量进行初始化：

【变量的类型推导】

1.decltype可以对变量或表达式结果的类型进行推导，追踪参考数据的类型：

【基于范围的for循环语句】

基于范围的for循环：在循环头部的圆括号中，由冒号“:”分为两部分，第一部分是用于迭代的变量，第二部分则表示将被迭代的范围。

【自定义类class】

【在类外定义成员函数】

1.形如：返回类型 类名::函数名( ){…}，用于在自定义类外部进行成员函数的定义。

【友元函数】

1.有时需要允许外部函数访问对象的私有成员，可以通过声明该函数为需要访问的类的“友元”来实现。

这里需要注意的是**在class内部对外部函数fill( )的声明格式，为“friend+返回值类型 函数名(类名 形参对象)”**，而原来的函数头部不需要发生任何改变，这点与类外定义成员函数的方法易混淆。

【构造函数】

1.类的构造函数由编译器自动生成调用语句，用于对象数据成员的初始化。

2.构造函数没有返回值类型，函数名与类名相同。类的构造函数可以重载，用于使用不同的函数参数进行对象初始化。

3.在定义元素为对象数组(ClassName array_var[10];)时，类必须提供构造函数的定义。

4.使用默认构造函数（没有参数）来生成对象时，对象定义的格式为：ClassName obj；而不能使用ClassName obj()。

【构造函数的初始化列表】

1.构造函数可以使用初始化列表初始化成员数据，而该列表在定义构造函数时使用，使用“数据成员(初始值)”的形式。

需要注意的是初始化列表实参传入的格式，实则先将外部的实参传入构造函数的形参，再通过列表初始化将这些入的实参赋值给内部的私有成员变量。

【析构函数】

1.一个类只有一个析构函数，名称是“~类名”，且无函数返回值和函数参数。编译器在对象生命期结束时自动调用类的析构函数，以便释放对象的资源。

需要注意的是这里的delete并非指简单把指针Id_list赋值为空，而是把整个指针删除。

【拷贝构造函数】

1.函数调用时以类的对象为形参或返回对象时，编译器会自动调用“拷贝构造函数”，在已有对象的基础上生成新的对象。

2.拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它的参数是语言规定的，是同类对象的常量引用。

当需要传入对象参数时，会自动调用拷贝构造函数；生成新的对象时调用的是构造函数，有所区分。

【赋值运算符重载】

1.赋值运算符函数是在类中定义的特殊成员函数。

注意这里：基类this使用“->”，而传入的对象类right使用“.”。

【流运算符(>>和<<)的重载】

1.函数名为：operator>>和operator<<，返回值为：istream&和ostream&，均为引用。形式参数分别为：流对象的引用、目标对象的引用。

【函数运算符()的重载】

1.函数运算符()也能重载，它使对象看上去是一个函数名。

这里需要注意调用的方式，是类对象名(传入的参数)，而不是通过成员函数的调用方式类对象.(传入的参数)。

【数组下标运算符[]重载】

1.函数的声明形式：返回类型 operator[] (){…};

2.如果返回类型是引用，则数组运算符调用可以出现在等号左边，接受赋值，即：Obj[index]=value;如果返回类型不是引用，则只能出现在等号右边：Var=Obj[index]。

【重载前缀++/–和后缀++/–】

1.前缀运算符重载声明：ReturnType operator++( )和ReturnType operator–();

2.后缀运算符重载声明：ReturnType operator++(int dummy)和ReturnType operator–(int dummy)。

【静态成员】

1.在类型前面加上static修饰的数据成员，是隶属于类的，称为类的静态数据成员，也称“类变量”。

2.静态数据成员被该类的所有对象共享（即所有对象的这个数据域实际上处于同一内存位置），静态数据要在实现文件中赋初值，格式为：Type ClassName::static_var=Value。

3.返回值类型前面加上static修饰的成员函数，称为静态成员函数，它们不能调用非静态成员函数。

4.类的静态成员（数据、函数）既可以通过对象来访问，可以通过类名来访问。

【类中的常量成员】

1.使用const修饰的数据成员，称为类的常量数据成员，在对象的整个生命周期里不可更改。

2.常量数据成员只能在构造函数的初始化列表中设置，不允许在函数体中通过赋值来设置。

3.若用const修饰成员函数，则该成员函数在实现时不能修改类的数据成员。

4.若对象被定义为常量，则它只能调用以const修饰的成员函数，其他普通成员函数不允许调用。

【类的组合】

1.可以在类中使用其他类来定义数据成员，通常称之为“子对象”，而这种包含与被包含对象间的关系称为“组合”，而组合关系是可以嵌套的。

2.子对象构造时若需要参数，则应在当前类的构造函数的初始化列表中进行赋值；若使用默认构造函数来构造子对象，则不做任何处理。

3.对象的构造和析构次序：先完成子对象的构造，再完成当前对象的构造；而析构时，先完成对当前对象的析构，再完成对子对象的析构。

【移动构造函数】

语法：ClassName(ClassName&&);

目的：1.用来偷取“临时变量”中的资源（如内存）。

​ 2.临时变量被编译器设置为常量形式，使用“拷贝构造”函数无法将资源“偷”出来。（这里的“偷”是对原对象的一种改动，违反常量的限制。）

​ 3.基于 “右值引用”定义的“移动构造”函数支持接受临时变量，能“偷”出变量中的资源！

【类的继承与派生】

【继承方式】

1.在已用类的基础上，可以通过“继承”来定义新的类，实现对已有代码的复用。

2.常见的继承方式：public,private。

class Derived：[private]Base{…};缺省继承方式为private继承。

class Derived：public Base{…}。

3.被继承的已有类，称为基类(base class),也称“父类”；而通过继承得到的新类，被称为派生类(derived class)，也称“子类/扩展类”。

【派生类对象的构造与析构过程】

1.目的：基类中的数据成员，通过继承成为派生类对象的一部分，需要在构造派生类对象的过程中调用基类构造函数来正确初始化。

2.若没有显示调用，则编译器会自动生成一个对基类的默认构造函数的调用；若采用显示调用，则只能在派生类构造函数的初始化成员列表中进行，既可以调用基类中不带参数的默认构造函数，也可以调用合适的带参数的其他构造函数。

3.先执行基类的构造函数来初始化继承来的数据，再执行派生类的构造函数；对象析构时，先执行派生类析构函数，再执行由编译器自动调用的基类的构造函数。

【继承基类构造函数】

1.在派生类中使用using Base::Base;来继承基类构造函数，相当于派生类“定义”了相应参数的构造函数。

2.虽然基类构造函数的参数默认值不会被派生类继承，但由默认参数导致的多个构造函数版本都会被派生类继承。

3.如果基类的某个构造函数被声明为私有成员函数，则不能再派生类中声明继承该构造函数。

4.如果派生类使用了继承基类构造函数，编译器就不会再为派生类生成默认构造函数。

【派生类（对象）中的基类成员】

1.派生类对象包含从基类继承来的数据成员，构成“基类子对象”。

2.基类中的私有成员，不允许在派生类成员函数中被访问，也不允许派生类的对象访问他们。（真正体现“基类私有”，对派生类也不开放其权限！）

3.基类中的公有成员：

若是使用public继承方式，则成为派生类的公有成员，既可以在派生类成员函数中访问，也可以被派生类的对象访问。

若是使用private继承方式，则只能提供给派生类成员函数访问，不能被派生类的对象访问。

【派生类重写基类成员函数】

1.基类已被定义的成员函数，在派生类中可以重新定义它，这被称为“函数重写”(override)。

2.重写发生时，基类中该成员函数的其他重载函数都将被屏蔽掉，不能提供给派生类对象使用。

3.在派生类中使用using类名::成员函数名；在派生类中“恢复”指定的基类成员函数（即去掉屏蔽），使之重新可用。

【向上映射与向下映射】

1.派生类对象转换成基类对象，称为向上映射。而基类对象转换成派生类对象，则称为向下映射。

2.向上映射（派生类到基类的映射）可以由编译器自动完成，是一种隐式的自动类型转换。

3.凡是接受基类对象的地方（如函数参数），都可以使用派生类对象，编译器会自动将派生类对象转换为基类对象以便使用。

【虚函数】

1.对于被派生类重写的成员函数，若它在基类中被声明为虚函数（如下所示），则通过基类指针或引用调用调用该成员函数时，编译器将根据所指（或引用）对象的实际类型决定是调用基类中的函数，还是调用派生类重写的函数。

2.若某成员函数在基类中声明为虚函数，当派生类重写它时，无论是否声明为虚函数，该成员函数都仍然是虚函数。

【禁止重写的虚函数】

1.使用final关键字修饰的虚函数，派生类不可对它进行重写（即不可以改变函数的定义）。

2.在派生过程中，final可以在继承关系链的“中途”进行设定，禁止后续派生类对指定虚函数重写。

【类之间的类型转换】

【自定义类型转换】

方法一：在源类中定义“目标类型转换运算符”。

方法二：在目标类中定义“源类对象作参数的构造函数”。

【自动类型转换(隐式转换)】

在调用对象传入实参时，会发生自动类型转换，如下：

【禁止自动类型转换—explicit/delete】

方法一：在自定义类型转换函数的前面，添加“explicit”，用于禁止自动类型转换：

方法二：使用=delete修饰的成员函数，不允许被调用：

【强制类型转换(显式转换)】

1.dynamic_cast<Dst_Type>(Src_var):

1.1:Src_var必须是引用或指针类型，Dst_Type类中含有虚函数，否则会有编译错误。

1.2:若源类没有继承目标类，则转换失败，返回空指针（注：转换失败并不是运行崩溃）。

2.static_cast<Dst_Type>(Src_var):

2.1:基类对象不能转换成派生类对象，但基类指针可以转换成派生类指针。

2.2:派生类对象(指针)可以转换成基类对象(指针)。

2.3:没有继承关系的类之间，必须具有转换途径才能进行转换(要么自定义，要么是语言语法支持)。

【函数模板，类模板，成员函数模板】

【函数模板】

有些算法实现与类型无关，所以可以将函数的参数类型也定义为一种特殊的“参数”，这样便可得到“函数模板”。

定义函数模板的方法：

template

返回类型 函数名称(函数参数)；

函数模板的完全特化示例：

【类模板】

1.在定义类时也可以将一些类型信息抽取出来，用模板参数来替换，从而使类更具有通用性。这种类称为“类模板”：

方法一,在类模板中定义：

方法二，在类模板外定义：

2.类模板的“模板参数”

类型参数：使用typename或class标记。

非类型参数：整数，枚举，指针（指针对象或函数），引用（引用对象或引用函数）。

【成员函数模板】

普通类的成员函数，也可以定义为函数模板。

方法一，在类内定义：

方法二，在类外定义：

【类模板的部分特化】

对于类模板，允许部分特化，即部分限制模板的通用性：

若指定所有类型，则<>内将为空：

普通的函数模板特化，完全特化的类模板示例：