一 类-封装

1. 封装的意义

• 将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物
• 将属性和行为加以权限控制

语法： class 类名{ 访问权限： 属性 / 行为 };

1.1 属性和行为作为整体

示例1设计一个圆类，求圆的周长

示例代码：

//圆周率
const double PI = 3.14;

//1、封装的意义
//将属性和行为作为一个整体，用来表现生活中的事物

//封装一个圆类，求圆的周长
//class代表设计一个类，后面跟着的是类名
class Circle
{
public:  //访问权限  公共的权限

    //属性
    int m_r;//半径

    //行为
    //获取到圆的周长
    double calculateZC()
    {
        //2 * pi  * r
        //获取圆的周长
        return  2 * PI * m_r;
    }
};

int main() {

    //通过圆类，创建圆的对象
    // c1就是一个具体的圆
    Circle c1;
    c1.m_r = 10; //给圆对象的半径 进行赋值操作

    //2 * pi * 10 = = 62.8
    cout << "圆的周长为： " << c1.calculateZC() << endl;

    system("pause");

    return 0;
}

示例2代码：

//学生类
class Student {
public:
    void setName(string name) {
        m_name = name;
    }
    void setID(int id) {
        m_id = id;
    }

    void showStudent() {
        cout << "name:" << m_name << " ID:" << m_id << endl;
    }
public:
    string m_name;
    int m_id;
};

int main() {

    Student stu;
    stu.setName("德玛西亚");
    stu.setID(250);
    stu.showStudent();

    system("pause");

    return 0;
}

1.2 权限控制

类在设计时，可以把属性和行为放在不同权限下，加以控制 访问权限有三种控制修饰符 - public 公共权限 - protected 保护权限 - private 私有权限

访问级别	类内部	子类内部	类外部
public	✅	✅	✅
protected	✅	✅	❌
private	✅	❌	❌

示例：

//三种权限
//公共权限  public     类内可以访问  类外可以访问
//保护权限  protected  类内可以访问  类外不可以访问
//私有权限  private    类内可以访问  类外不可以访问

class Person
{
    //姓名  公共权限
public:
    string m_Name;

    //汽车  保护权限
protected:
    string m_Car;

    //银行卡密码  私有权限
private:
    int m_Password;

public:
    void func()
    {
        m_Name = "张三";
        m_Car = "拖拉机";
        m_Password = 123456;
    }
};

int main() {

    Person p;
    p.m_Name = "李四";
    //p.m_Car = "奔驰";  //保护权限类外访问不到
    //p.m_Password = 123; //私有权限类外访问不到

    system("pause");

    return 0;
}

2. struct和class区别

在C++中 struct和class唯一的区别就在于 默认的访问权限不同

区别：

• struct 默认权限为公共
• class 默认权限为私有

class C1
{
    int  m_A; //默认是私有权限
};

struct C2
{
    int m_A;  //默认是公共权限
};

int main() {

    C1 c1;
    c1.m_A = 10; //错误，访问权限是私有

    C2 c2;
    c2.m_A = 10; //正确，访问权限是公共

    system("pause");

    return 0;
}

3. 构造和析构函数

• 构造函数：主要作用在于创建对象时为对象的成员属性赋值，构造函数由编译器自动调用，无须手动调用。
• 析构函数：主要作用在于对象销毁前系统自动调用，执行一些清理工作。

这两个函数将被编译器自动调用，完成对象初始化和清理工作，因此如果我们不提供构造和析构，编译器会提供编译器提供的构造函数和析构函数是空实现。

构造函数语法：类名(){}

1. 构造函数，没有返回值也不写void
2. 函数名称与类名相同
3. 构造函数可以有参数，因此可以发生重载
4. 程序在调用对象时候会自动调用构造，无须手动调用,而且只会调用一次

析构函数语法： ~类名(){}

1. 析构函数，没有返回值也不写void
2. 函数名称与类名相同,在名称前加上符号 ~
3. 析构函数不可以有参数，因此不可以发生重载
4. 程序在对象销毁前会自动调用析构，无须手动调用,而且只会调用一次

class Person
{
public:
    //构造函数
    Person()
    {
        cout << "Person的构造函数调用" << endl;
    }
    //析构函数
    ~Person()
    {
        cout << "Person的析构函数调用" << endl;
    }

};

void test01()
{
    Person p;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

3.1 构造函数的分类及调用

两种分类方式：

• 按参数分为： 有参构造和无参构造
• 按类型分为： 普通构造和拷贝构造

三种调用方式：

• 括号法
• 显示法
• 隐式转换法

示例：

//1、构造函数分类
// 按照参数分类分为 有参和无参构造   无参又称为默认构造函数
// 按照类型分类分为 普通构造和拷贝构造

class Person {
public:
    //无参（默认）构造函数
    Person() {
        cout << "无参构造函数!" << endl;
    }
    //有参构造函数
    Person(int a) {
        age = a;
        cout << "有参构造函数!" << endl;
    }
    // 也可以通过初始化列表方式进行有参构造,多个成员间用逗号分割
    Person(int a): age(a){}
    //拷贝构造函数
    Person(const Person& p) {
        age = p.age;
        cout << "拷贝构造函数!" << endl;
    }
    //析构函数
    ~Person() {
        cout << "析构函数!" << endl;
    }
public:
    int age;
};

//2、构造函数的调用
//调用无参构造函数
void test01() {
    Person p; //调用无参构造函数
}

//调用有参的构造函数
void test02() {

    //2.1  括号法，常用
    Person p1(10);
    //注意1：调用无参构造函数不能加括号，如果加了编译器认为这是一个函数声明
    //Person p2();

    //2.2 显式法
    Person p2 = Person(10); 
    Person p3 = Person(p2);
    //Person(10)单独写就是匿名对象  当前行结束之后，马上析构

    //2.3 隐式转换法
    Person p4 = 10; // Person p4 = Person(10); 
    Person p5 = p4; // Person p5 = Person(p4); 

    //注意2：不能利用 拷贝构造函数 初始化匿名对象 编译器认为是对象声明
    Person p5(p4);
}

int main() {

    test01();
    //test02();

    system("pause");

    return 0;
}

3.2 拷贝构造函数调用时机

C++中拷贝构造函数调用时机通常有三种情况

• 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
• 值传递的方式给函数参数传值
• 以值方式返回局部对象

示例：

class Person {
public:
    Person() {
        cout << "无参构造函数!" << endl;
        mAge = 0;
    }
    Person(int age) {
        cout << "有参构造函数!" << endl;
        mAge = age;
    }
    Person(const Person& p) {
        cout << "拷贝构造函数!" << endl;
        mAge = p.mAge;
    }
    //析构函数在释放内存之前调用
    ~Person() {
        cout << "析构函数!" << endl;
    }
public:
    int mAge;
};

//1. 使用一个已经创建完毕的对象来初始化一个新对象
void test01() {

    Person man(100); //p对象已经创建完毕
    Person newman(man); //调用拷贝构造函数
    Person newman2 = man; //拷贝构造

    //Person newman3;
    //newman3 = man; //不是调用拷贝构造函数，赋值操作
}

//2. 值传递的方式给函数参数传值
//相当于Person p1 = p;
void doWork(Person p1) {}
void test02() {
    Person p; //无参构造函数
    doWork(p);
}

//3. 以值方式返回局部对象
Person doWork2()
{
    Person p1;
    cout << (int *)&p1 << endl;
    return p1;
}

void test03()
{
    Person p = doWork2();
    cout << (int *)&p << endl;
}


int main() {

    //test01();
    //test02();
    test03();

    system("pause");

    return 0;
}

3.3 构造函数调用规则

默认情况下，c++编译器至少给一个类添加3个函数

1．默认构造函数(无参，函数体为空)

2．默认析构函数(无参，函数体为空)

3．默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝

构造函数调用规则如下：

• 如果用户定义有参构造函数，c++不在提供默认无参构造，但是会提供默认拷贝构造

• 如果用户定义拷贝构造函数，c++不会再提供其他构造函数

3.4 初始化列表

作用：

C++提供了初始化列表语法，用来初始化属性

语法：构造函数()：属性1(值1),属性2（值2）... {}

示例：

class Person {
public:

    ////传统方式初始化
    //Person(int a, int b, int c) {
    //  m_A = a;
    //  m_B = b;
    //  m_C = c;
    //}

    //初始化列表方式初始化
    Person(int a, int b, int c) :m_A(a), m_B(b), m_C(c) {}
    void PrintPerson() {
        cout << "mA:" << m_A << endl;
        cout << "mB:" << m_B << endl;
        cout << "mC:" << m_C << endl;
    }
private:
    int m_A;
    int m_B;
    int m_C;
};

int main() {

    Person p(1, 2, 3);
    p.PrintPerson();


    system("pause");

    return 0;
}

3.5 构造和析构顺序

class A {}
class B
{
    A a;
}

• 构造顺序：先构造 A（成员对象），再构造 B 自身

• 析构顺序：先析构 B 自身，再析构 A（成员对象）

构造从“里到外”，析构从“外到里”

4. 静态成员

静态成员就是在成员变量和成员函数前加上关键字static，称为静态成员

静态成员分为：

静态成员变量

• 所有对象共享同一份数据
• 在编译阶段分配内存
• 类内声明，类外初始化

静态成员函数 * 所有对象共享同一个函数，不依赖于类的对象实例，没有this指针 * 静态成员函数只能访问静态成员变量

示例1 ：静态成员变量

class Person
{

public:

    static int m_A; //静态成员变量

    //静态成员变量特点：
    //1 在编译阶段分配内存
    //2 类内声明，类外初始化
    //3 所有对象共享同一份数据

private:
    static int m_B; //静态成员变量也是有访问权限的
};
int Person::m_A = 10;
int Person::m_B = 10;

void test01()
{
    //静态成员变量两种访问方式

    //1、通过对象
    Person p1;
    p1.m_A = 100;
    cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl;

    Person p2;
    p2.m_A = 200;
    cout << "p1.m_A = " << p1.m_A << endl; //共享同一份数据
    cout << "p2.m_A = " << p2.m_A << endl;

    //2、通过类名
    cout << "m_A = " << Person::m_A << endl;


    //cout << "m_B = " << Person::m_B << endl; //私有权限访问不到
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

示例2：静态成员函数

class Person
{

public:

    //静态成员函数特点：
    //1 程序共享一个函数
    //2 静态成员函数只能访问静态成员变量

    static void func()
    {
        cout << "func调用" << endl;
        m_A = 100;
        //m_B = 100; //错误，不可以访问非静态成员变量
    }

    static int m_A; //静态成员变量
    int m_B; // 
private:

    //静态成员函数也是有访问权限的
    static void func2()
    {
        cout << "func2调用" << endl;
    }
};
int Person::m_A = 10;


void test01()
{
    //静态成员变量两种访问方式

    //1、通过对象
    Person p1;
    p1.func();

    //2、通过类名
    Person::func();


    //Person::func2(); //私有权限访问不到
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

5. 对象模型和this指针

5.1 成员变量和成员函数

在C++中，类内的成员变量和成员函数分开存储

只有非静态成员变量才属于类的对象上

class Person {
public:
    Person() {
        mA = 0;
    }
    //非静态成员变量占对象空间
    int mA;
    //静态成员变量不占对象空间
    static int mB; 
    //函数也不占对象空间，所有函数共享一个函数实例
    void func() {
        cout << "mA:" << this->mA << endl;
    }
    //静态成员函数也不占对象空间
    static void sfunc() {
    }
};

int main() {

    cout << sizeof(Person) << endl; // 4

    system("pause");

    return 0;
}

5.2 this指针

this指针指向被调用的成员函数所属的对象

this指针的用途：

• 当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
• 在类的非静态成员函数中返回对象本身，可使用return *this

class Person
{
public:

    Person(int age)
    {
        //1、当形参和成员变量同名时，可用this指针来区分
        this->age = age;
    }

    Person& PersonAddPerson(Person p)
    {
        this->age += p.age;
        //返回对象本身
        return *this;
    }

    int age;
};

void test01()
{
    Person p1(10);
    cout << "p1.age = " << p1.age << endl;

    Person p2(10);
    p2.PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1).PersonAddPerson(p1);
    cout << "p2.age = " << p2.age << endl;
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

5.3 空指针访问成员函数

C++中空指针也是可以调用成员函数的，但是也要注意有没有用到this指针

如果用到this指针，需要加以判断保证代码的健壮性

示例：

//空指针访问成员函数
class Person {
public:

    void ShowClassName() {
        cout << "我是Person类!" << endl;
    }

    void ShowPerson() {
        if (this == NULL) {
            return;
        }
        cout << mAge << endl;
    }

public:
    int mAge;
};

void test01()
{
    Person * p = NULL;
    p->ShowClassName(); //空指针，可以调用成员函数
    p->ShowPerson();  //但是如果成员函数中用到了this指针，就不可以了
}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

6. const 修饰成员函数

常函数：

• 成员函数后加const后我们称为这个函数为常函数
• 常函数内不可以修改成员变量
• 成员变量声明时加关键字mutable后，在常函数中依然可以修改

  mutable 用于突破 const 限制，让特定成员变量在 const 成员函数中仍然可以被修改。

常对象：

• 声明对象前加const称该对象为常对象
• 常对象只能调用常函数
• 常对象不能修改成员变量，但可以访问

示例：

class Person {
public:
    Person() {
        m_A = 0;
        m_B = 0;
    }

    //this指针的本质是一个指针常量，指针的指向不可修改
    //如果想让指针指向的值也不可以修改，需要声明常函数
    void ShowPerson() const {
        //const Type* const pointer;
        //this = NULL; //不能修改指针的指向 Person* const this;
        //this->mA = 100; //但是this指针指向的对象的数据是可以修改的

        //const修饰成员函数，表示指针指向的内存空间的数据不能修改，除了mutable修饰的变量
        this->m_B = 100;
    }

    void MyFunc() const {
        //mA = 10000;
    }

public:
    int m_A;
    mutable int m_B; //可修改 可变的
};


//const修饰对象  常对象
void test01() {

    const Person person; //常量对象  
    cout << person.m_A << endl;
    //person.mA = 100; //常对象不能修改成员变量的值,但是可以访问
    person.m_B = 100; //但是常对象可以修改mutable修饰成员变量

    //常对象访问成员函数
    person.MyFunc(); //常对象只能调用const的函数

}

int main() {

    test01();

    system("pause");

    return 0;
}

7. 友元

在 C++ 中，友元（friend）是一种机制，允许一个函数或类访问另一个类的私有（private）或受保护（protected）成员，即使它不是这个类的成员函数。

友元的三种实现

• 全局函数做友元
• 类做友元
• 成员函数做友元

✅ 实际使用场景 - 重载操作符（如 <<, +）时需要访问类的私有数据；

• 两个类互为“亲密协作关系”，需要共享数据；

• 某些工具函数需要访问类内部数据做优化。

7.1 全局函数做友元

（最常见的方式）

class Building
{
    //告诉编译器 goodGay全局函数 是 Building类的好朋友，可以访问类中的私有内容
    friend void goodGay(Building * building); // 声明友元函数

public:

    Building()
    {
        this->m_SittingRoom = "客厅";
        this->m_BedRoom = "卧室";
    }


public:
    string m_SittingRoom; //客厅

private:
    string m_BedRoom; //卧室
};


void goodGay(Building * building)
{
    cout << "好基友正在访问： " << building->m_SittingRoom << endl;
    cout << "好基友正在访问： " << building->m_BedRoom << endl;
}


void test01()
{
    Building b;
    goodGay(&b);
}

int main(){

    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

7.2 类做友元

class A {
    friend class B;  // B 是 A 的友元类
private:
    int data = 100;
};

class B {
public:
    void accessA(A& a) {
        std::cout << a.data << std::endl;  // ✅ 可访问 A 的私有成员
    }
};

class Building;
class goodGay
{
public:

    goodGay();
    void visit();

private:
    Building *building;
};


class Building
{
    //告诉编译器 goodGay类是Building类的好朋友，可以访问到Building类中私有内容
    friend class goodGay;

public:
    Building();

public:
    string m_SittingRoom; //客厅
private:
    string m_BedRoom;//卧室
};

Building::Building()
{
    this->m_SittingRoom = "客厅";
    this->m_BedRoom = "卧室";
}

goodGay::goodGay()
{
    building = new Building;
}

void goodGay::visit()
{
    cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
    cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}

void test01()
{
    goodGay gg;
    gg.visit();

}

int main(){

    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

7.3 成员函数做友元

class Building;
class goodGay
{
public:

    goodGay();
    void visit(); //只让visit函数作为Building的好朋友，可以发访问Building中私有内容
    void visit2(); 

private:
    Building *building;
};


class Building
{
    //告诉编译器  goodGay类中的visit成员函数 是Building好朋友，可以访问私有内容
    friend void goodGay::visit();

public:
    Building();

public:
    string m_SittingRoom; //客厅
private:
    string m_BedRoom;//卧室
};

Building::Building()
{
    this->m_SittingRoom = "客厅";
    this->m_BedRoom = "卧室";
}

goodGay::goodGay()
{
    building = new Building;
}

void goodGay::visit()
{
    cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
    cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}

void goodGay::visit2()
{
    cout << "好基友正在访问" << building->m_SittingRoom << endl;
    //cout << "好基友正在访问" << building->m_BedRoom << endl;
}

void test01()
{
    goodGay  gg;
    gg.visit();

}

int main(){

    test01();

    system("pause");
    return 0;
}

8. 运算符重载

运算符重载概念：对已有的运算符重新进行定义，赋予其另一种功能，以适应不同的数据类型

8.1 加号运算符重载

作用：实现两个自定义数据类型相加的运算

class Person {
public:
    Person() {};
    Person(int a, int b)
    {
        this->m_A = a;
        this->m_B = b;
    }
    //成员函数实现 + 号运算符重载
    Person operator+(const Person& p) {
        Person temp;
        temp.m_A = this->m_A + p.m_A;
        temp.m_B = this->m_B + p.m_B;
        return temp;
    }


public:
    int m_A;
    int m_B;
};

//全局函数实现 + 号运算符重载
//Person operator+(const Person& p1, const Person& p2) {
//  Person temp(0, 0);
//  temp.m_A = p1.m_A + p2.m_A;
//  temp.m_B = p1.m_B + p2.m_B;
//  return temp;
//}

//运算符重载 可以发生函数重载 
Person operator+(const Person& p2, int val)  
{
    Person temp;
    temp.m_A = p2.m_A + val;
    temp.m_B = p2.m_B + val;
    return temp;
}

void test() {

    Person p1(10, 10);
    Person p2(20, 20);

    //成员函数方式
    Person p3 = p2 + p1;  //相当于 p2.operaor+(p1)
    cout << "mA:" << p3.m_A << " mB:" << p3.m_B << endl;


    Person p4 = p3 + 10; //相当于 operator+(p3,10)
    cout << "mA:" << p4.m_A << " mB:" << p4.m_B << endl;

}

int main() {

    test();

    system("pause");

    return 0;
}

8.2 左移运算符重载

作用：可以输出自定义数据类型

demo1

class Person {
private:
    string name;
    int age;

public:
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}

    // 👇 友元函数声明：允许访问私有成员
    friend ostream& operator<<(ostream& os, const Person& p);
};
ostream& operator<<(ostream& os, const Person& p) {
    os << "Name: " << p.name << ", Age: " << p.age;  // 能访问私有成员
    return os;
}

因为 operator<< 是一个普通函数（非成员函数），它并不是类 Person 的成员函数，没有权限访问 name 和 age，除非你显式地告诉编译器它是 friend

demo2

class Person {
    friend ostream& operator<<(ostream& out, Person& p);

public:

    Person(int a, int b)
    {
        this->m_A = a;
        this->m_B = b;
    }

    //成员函数 实现不了  p << cout 不是我们想要的效果
    //void operator<<(Person& p){
    //}

private:
    int m_A;
    int m_B;
};

//全局函数实现左移重载
//ostream对象只能有一个
ostream& operator<<(ostream& out, Person& p) {
    out << "a:" << p.m_A << " b:" << p.m_B;
    return out;
}

void test() {

    Person p1(10, 20);

    cout << p1 << "hello world" << endl; //链式编程
}

int main() {

    test();

    system("pause");

    return 0;
}

8.3 递增运算符重载

class MyInteger {

    friend ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint);

public:
    MyInteger() {
        m_Num = 0;
    }
    //前置++
    MyInteger& operator++() {
        //先++
        m_Num++;
        //再返回
        return *this;
    }

    //后置++
    MyInteger operator++(int) {
        //先返回
        MyInteger temp = *this; //记录当前本身的值，然后让本身的值加1，但是返回的是以前的值，达到先返回后++；
        m_Num++;
        return temp;
    }

private:
    int m_Num;
};


ostream& operator<<(ostream& out, MyInteger myint) {
    out << myint.m_Num;
    return out;
}


//前置++ 先++ 再返回
void test01() {
    MyInteger myInt;
    cout << ++myInt << endl; // 1
    cout << myInt << endl; // 1
}

//后置++ 先返回 再++
void test02() {

    MyInteger myInt;
    cout << myInt++ << endl; // 0
    cout << myInt << endl; // 1
}

int main() {

    test01();
    test02();

    system("pause");

    return 0;
}

总结： 前置递增返回引用，后置递增返回值

8.4 赋值运算符重载

c++编译器至少给一个类添加4个函数

1. 默认构造函数(无参，函数体为空)
2. 默认析构函数(无参，函数体为空)
3. 默认拷贝构造函数，对属性进行值拷贝
4. 赋值运算符 operator=, 对属性进行值拷贝

如果类中有属性指向堆区，做赋值操作时也会出现深浅拷贝问题

示例：

class Person
{
public:

    Person(int age)
    {
        //将年龄数据开辟到堆区
        m_Age = new int(age);
    }

    //重载赋值运算符 
    Person& operator=(Person &p)
    {
        if (m_Age != NULL)
        {
            delete m_Age;
            m_Age = NULL;
        }
        //编译器提供的代码是浅拷贝
        //m_Age = p.m_Age;

        //提供深拷贝 解决浅拷贝的问题
        m_Age = new int(*p.m_Age);

        //返回自身
        return *this;
    }


    ~Person()
    {
        if (m_Age != NULL)
        {
            delete m_Age;
            m_Age = NULL;
        }
    }

    //年龄的指针
    int *m_Age;

};


void test01()
{
    Person p1(18);

    Person p2(20);

    Person p3(30);

    p3 = p2 = p1; //赋值操作

    cout << "p1的年龄为：" << *p1.m_Age << endl;

    cout << "p2的年龄为：" << *p2.m_Age << endl;

    cout << "p3的年龄为：" << *p3.m_Age << endl;
}

int main() {

    test01();

    //int a = 10;
    //int b = 20;
    //int c = 30;

    //c = b = a;
    //cout << "a = " << a << endl;
    //cout << "b = " << b << endl;
    //cout << "c = " << c << endl;

    system("pause");

    return 0;
}