C++之多态以及文件处理

bai_lan_ya2024-03-13 10:11

多态

1 多态的基本概念

多态是C++面向对象三大特性之一

多态分为两类：

静态多态: 函数重载 和 运算符重载属于静态多态，复用函数名

动态多态: 派生类和虚函数实现运行时多态

静态多态和动态多态区别:

静态多态的函数地址早绑定-编译阶段确定函数地址

动态多态的函数地址晚绑定-运行阶段确定函数地址

下面通过案例进行讲解多态

1，静态多态的函数地址早绑定-编译阶段确定函数地址

#include<iostream>
using namespace std;
//多态

//动物类
class Animal
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
};

class Cat :public Animal
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "小猫在说话" << endl;
	}
};

//执行说话的函数
//静态多态的函数地址早绑定-编译阶段确定函数地址
void doWork(Animal& animal)//Animal& animal = cat;
{
	animal.speak();
}

void test()
{
	Cat cat;
	doWork(cat);
}

int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

如果想执行让小猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段绑定，地址晚绑定

#include<iostream>
using namespace std;
//多态

//动物类
class Animal
{
public:
	//虚函数  加上virtual变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能缺点函数调用了
    //那么就只能在运行时确认函数地址，则变成晚绑定
	virtual void speak()
	{
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
};

//猫类
class Cat :public Animal
{
public:
	//重写 函数返回值类型 函数名 参数列表 完全相同
	virtual void speak()
	{
		cout << "小猫在说话" << endl;
	}
};

class Dog :public Animal
{
public:
	void speak()
	{
		cout << "小狗在说话" << endl;
	}
};
//我们希望传入什么对象，那么就调用什么对象的函数
//如果函数地址在编译结点就能缺点，那么静态联编
//如果函数地址在运行时才能缺点，那么就是动态联编

void doWork(Animal& animal)//Animal& animal = cat;
{
	animal.speak();
}
//执行说话的函数
//静态多态的函数地址早绑定-编译阶段确定函数地址
//如果想执行让小猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段绑定，地址晚绑定

//动态多态满足条件：
//1，有继承关系
//2，子类出现父类的虚函数

//动态多态使用
//父类的指针或者引用 执行子类对象
void test()
{
	Cat cat;
	doWork(cat);

	Dog dog;
	doWork(dog);
}

int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：多态满足条件
有继承关系
子类重写父类中的虚函数
多态使用条件：
父类指针或引用指向子类对象
重写:函数返回值类型 函数名 参数列表 完全一致称为重写

2，多态案例------计算器类

案例描述:

分别利用普通写法和多态技术，设计实现两个操作数进行运算的计算器类

多态的优点:

代码组织结构清晰

可读性强

利于前期和后期的扩展以及维护

示例：

普通实现：

#include<iostream>
using namespace std;
class Calculator
{
public:
	int getResult(string oper)
	{
		if (oper == "+")
		{
			return m_Num1 + m_Num2;
		}
		else if (oper == "-")
		{
			return m_Num1 - m_Num2;
		}
	
		else if (oper == "*")
		{
			return m_Num1 * m_Num2;
		}
		else 
		{
			return m_Num1 / m_Num2;
		}
	}
	int m_Num1;//操作数1
	int m_Num2;//操作数2
};

void test()
{
	Calculator c;
	c.m_Num1 = 100;
	c.m_Num2 = 100;

	cout << c.m_Num1 << "+" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("+") << endl;

	cout << c.m_Num1 << "-" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("-") << endl;

	cout << c.m_Num1 << "*" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("*") << endl;

	cout << c.m_Num1 << "/" << c.m_Num2 << "=" << c.getResult("/") << endl;
}
int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

多态实现：

如果想扩展新的功能，需要修改源码

在真实开发中，提供 开闭原则

开闭原则：对扩展进行开发，对修改进行关闭

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class AbstractCalculator
{
public:
	virtual int getResult()
	{
		return 0;
	}
	int m_Num1;//操作数1
	int m_Num2;//操作数2
};

class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
	int getResult()
	{
		return m_Num1 + m_Num2;
	}
};

class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
	int getResult()
	{
		return m_Num1 - m_Num2;
	}
};

class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
	int getResult()
	{
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};

class DivCalculator :public AbstractCalculator
{
	int getResult()
	{
		return m_Num1 / m_Num2;
	}
};

void test()
{
	//多态使用条件
	//父类制作或者引用指向子类对象
	
	AbstractCalculator* abs = new AddCalculator;
	abs->m_Num1 = 100;
	abs->m_Num2 = 100;
	cout << abs->m_Num1 << "+" << abs->m_Num2 << "=" << abs->getResult() << endl;
	//用完记得销毁
	delete abs;

	abs = new SubCalculator;
	abs->m_Num1 = 100;
	abs->m_Num2 = 100;
	cout << abs->m_Num1 << "-" << abs->m_Num2 << "=" << abs->getResult() << endl;
	//用完记得销毁
	delete abs;

	abs = new MulCalculator;
	abs->m_Num1 = 100;
	abs->m_Num2 = 100;
	cout << abs->m_Num1 << "*" << abs->m_Num2 << "=" << abs->getResult() << endl;
	//用完记得销毁
	delete abs;

	abs = new DivCalculator;
	abs->m_Num1 = 100;
	abs->m_Num2 = 100;
	cout << abs->m_Num1 << "/" << abs->m_Num2 << "=" << abs->getResult() << endl;
	//用完记得销毁
	delete abs;
}
int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

利用多态实现计算器//多态好处:
1、组织结构清晰
2、可读性强
3、对于前期和后期扩展以及维护性高

C++开发提出利用多态设计程序架构，因为多态优点很多

3，纯虚函数和抽象类

在多态中，通常父类中虚函数的实现是毫无意义的，主要都是调用子类重写的内容

因此可以将虚函数改为纯虚函数

纯虚函数语法:virtual 返回值类型 函数名(参数列表) = 0 ;

当类中有了纯虚函数，这个类也称为抽象类

抽象类特点:

无法实例化对象

子类必须重写抽象类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

#include<iostream>
using namespace std;
class Base
{
	//纯虚函数
	//只要有一个纯虚函数，这个类就称为抽象类
	//抽象类特点：
	//1，无法实例化对象
	//2,抽象类的子类 必须要重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
public:
	virtual void func() = 0;

};

class Son:public Base 
{
public:
	virtual void func() 
	{
		cout << "func 函数调用" << endl;
	};

};
void test()
{
	//Base b;//抽象类无法实例化对象
	//new Base;//抽象类无法实例化对象
	Son s;//抽象类的子类 必须要重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类

	Base * base = new Son;
	base->func();
	delete base;
}
int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

4，多态案例二------制作饮品

案例描述:

制作饮品的大致流程为:煮水-冲泡-倒入杯中-加入辅料

利用多态技术实现本案例，提供抽象制作饮品基类，提供子类制作咖啡和茶叶

#include<iostream>
using namespace std;

class AbstractDrinking
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil() = 0;

	//冲泡
	virtual void Brew() = 0;

	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() = 0;

	//加入辅料
	virtual void PutSomething() = 0;

	void makeDrink()
	{
		Boil();
		Brew();
		PourInCup();
		PutSomething();
	}
};
//制作咖啡
class Coffee :public AbstractDrinking
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil()
	{
		cout << "煮开水" << endl;
	}

	//冲泡
	virtual void Brew()
	{
		cout << "冲泡咖啡" << endl;
	}

	//倒入杯中
	virtual void PourInCup()
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}

	//加入辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加入牛奶和糖" << endl;
	}
};

//制作茶
class Tea :public AbstractDrinking
{
public:
	//煮水
	virtual void Boil()
	{
		cout << "煮开水" << endl;
	}

	//冲泡
	virtual void Brew()
	{
		cout << "冲泡茶叶" << endl;
	}

	//倒入杯中
	virtual void PourInCup()
	{
		cout << "倒入杯中" << endl;
	}

	//加入辅料
	virtual void PutSomething()
	{
		cout << "加入枸杞" << endl;
	}
};

//制作函数
void doWork(AbstractDrinking* abs)
{
	abs->makeDrink();
	delete abs;
}

void test()
{
	//制作咖啡
	cout << "制作咖啡：" << endl;
	doWork(new Coffee);

	cout << "---------------------" << endl;
	cout << "制作茶：" << endl;
	//制作茶
	doWork(new Tea);
}
int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

5，虚构函数和纯虚函数

多态使用时，如果子类中有属性开辟到堆区，那么父类指针在释放时无法调用到子类的析构代码

解决方式:将父类中的析构函数改为虚析构或者纯虚析构

虚析构和纯虚析构共性:

可以解决父类指针释放子类对象

都需要有具体的函数实现

虚析构和纯虚析构区别:

如果是纯虚析构，该类属于抽象类，无法实例化对象

虚析构函数的语法：

virtual ~类名（）{}

纯虚析构语法：

virtual ~类名（）=0；

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

//动物类
class Animal
{
public:
	Animal()
	{
		cout << "Animal构造函数调用" << endl;
	}
	//利用虚析构函数可以解决 父类指针释放子类对象时不干净的问题
	//~Animal()
	//{
	//	cout << "Animal析构函数调用" << endl;
	//}
	 
	//纯虚析构  需要声明也需要实现
	//有了纯虚析构之后，这个类也属于抽象类，无法实例化对象
	virtual ~Animal() = 0;
	 
	//纯虚函数
	virtual void speak() = 0;
};
Animal:: ~Animal()
{

}

//猫类
class Cat :public Animal
{
public:
	Cat(string name)
	{
		cout << "Cat构造函数调用" << endl;
		m_Name = new string(name);
	}
	//重写 函数返回值类型 函数名 参数列表 完全相同
	virtual void speak()
	{
		cout << "小猫在说话" << endl;
	}
	~Cat()
	{
		if (m_Name != NULL)
		{
			cout << "Cat析构函数调用" << endl;
			delete m_Name;
			m_Name = NULL;
		}
	}
	string *m_Name;
};


void doWork(Animal& animal)//Animal& animal = cat;
{
	animal.speak();
}

void test()
{
	Animal* animal = new Cat("Tom");
	animal->speak();
	//父类指针在析构时候，不会调用子类中析构函数，
	// 导致子类如果有堆区属性，出现内存泄露情况
	delete animal;
}

int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

1.虚析构或纯虚析构就是用来解决通过父类指针释放子类对象
2.如果子类中没有堆区数据，可以不写为虚析构或纯虚析构
3.拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

6，多态案例三------电脑组装

案例描述:

电脑主要组成部件为CPU(用于计算)，显卡(用于显示)，内存条(用于存储)将每个零件封装出抽象基

类，并且提供不同的厂商生产不同的零件，例如Intel厂商和Lenovo厂商创建电脑类提供让电脑工

作的函数，并且调用每个零件工作的接口测试时组装三台不同的电脑进行工作

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>

class CPU//抽象出每个零件的类
{
public:
	//抽象计算函数
	virtual void  calculate() = 0;
};
//抽象的显卡
class VideoCard 
{
public:
	//抽象显示函数
	virtual void  display () = 0;
};

//抽象类
class Memory
{
public:
	//抽象存储函数
	virtual void  storage() = 0;
};

//电脑类
class Computer
{
public:
	Computer(CPU * cpu, VideoCard * vc, Memory * mem)
	{
		m_cpu = cpu;
		m_vc = vc;
		m_mem = mem;
	}

	//提供工作函数
	void work()
	{
		//让零件工作起来，调用接口
		m_cpu->calculate();

		m_vc->display();

		m_mem->storage();
	}

	//提供析构函数 释放3个电脑零件
	~Computer()
	{
		//释放cpu零件
		if (m_cpu != NULL)
		{
			delete m_cpu;
			m_cpu = NULL;
		}

		//释放显卡零件
		if (m_vc != NULL)
		{
			delete m_vc;
			m_vc = NULL;
		}

		//释放mem零件
		if (m_mem != NULL)
		{
			delete m_mem;
			m_mem = NULL;
		}
	}



private:
	//构造函数中传入三个零件指针
	CPU * m_cpu;//CPU零件指针
	VideoCard * m_vc;//显卡零件指针
	Memory * m_mem;//内存条零件指针

};

//具体厂商
//Inter厂商
class InterCPU :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Inter的COU开始计算！" << endl;
	}
};

class InterCard :public VideoCard
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "Inter的显卡开始显示！" << endl;
	}
};

class InterMemory :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Inter的内存条开始存储！" << endl;
	}
};

//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
	virtual void calculate()
	{
		cout << "Lenovo的COU开始计算！" << endl;
	}
};

class LenovoCard :public VideoCard
{
public:
	virtual void display()
	{
		cout << "Lenovo的显卡开始显示！" << endl;
	}
};

class LenovoMemory :public Memory
{
public:
	virtual void storage()
	{
		cout << "Lenovo的内存条开始存储！" << endl;
	}
};

void test01()
{
	//第一台电脑的零件
	CPU* interCpu = new InterCPU;
	VideoCard* interCard = new InterCard;
	Memory* interMem = new InterMemory;

	//创建第一台电脑
	cout << "第一台电脑开始工作" << endl;
	Computer* computer1 = new Computer(interCpu, interCard, interMem);
	computer1->work();
	delete computer1;

	//第二台电脑组装
	cout << "------------------------" << endl;
	cout << "第二台电脑开始工作" << endl;
	Computer* computer2 = new Computer(new LenovoCPU, new LenovoCard, new LenovoMemory);
	computer2->work();
	delete computer2;


	//第三台电脑组装
	cout << "------------------------" << endl;
	cout << "第三台电脑开始工作" << endl;
	Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCPU, new InterCard, new LenovoMemory);
	computer3->work();
	delete computer3;
}

int main()
{
	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

文件操作

程序运行时产生的数据都属于临时数据，程序一旦运行结束都会被释放

通过文件可以将数据持久化

C++中对文件操作需要包含头文件<fstream >

文件类型分为两种:
1.文本文件 文件以文本的ASCII码 形式存储在计算机中
2.二进制文件 - 文件以文本的二进制形式存储在计算机中，用户一般不能直接读懂它们

操作文件的三大类:
1.ofstream:写操作
2.ifstream: 读操作
3.fstream : 读写操作

1，写文本

写文件步骤如下

1.包含头文件

#indude <fstream>

  1. 创建流对象

ofstream ofs;

  1. 打开文件

ofs.open("文件路径",打开方式);

  1. 写数据

ofs<<"写入的数据";

5.关闭文件

ofs.close();

文件打开方式：

打开方式 解释
ios::in 为读文件而打开文件
ios::out 为写文件为打开文件
ios::ate 初始位置：文件尾
ios::app 追加方式写文件
ios::trunc 如果文件存在先删除，再船舰
ios::binary 二进制方式

注意: 文件打开方式可以配合使用，利用 | 操作符
例如:用二进制方式写文件ios::binary | ios::out

代码展示：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<fstream>//头文件包含

void test()
{
	//1.包含头文件
	//#indude < fstream>
	
	//2. 创建流对象
	ofstream ofs;

	//3. 指定打开方式
	ofs.open("text.txt", ios::out);

	//4. 写数据
	ofs << "姓名：张三"<<endl;
	ofs << "年龄：18" << endl;
	ofs << "性别：男" << endl;
	// 
	//5.关闭文件
	ofs.close();
}

int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

虽然再运行中未显示 ，但是打开text文件可以看到输入的内容

总结:
文件操作必须包含头文件 fstream
读文件可以利用 ofstream，或者fstream类
打开文件时候需要指定操作文件的路径，以及打开方式
利用<<可以向文件中写数据
操作完毕，要关闭文件

2，读文件

读文件与写文件步骤相似，但是读取方式相对于比较多

读文件步骤如下:
1.包含头文件
#include <fstream>
2.创建流对象
ifstream ifs;
3.打开文件并判断文件是否打开成功
ifs.open("文件路径",打开方式);
4. 读数据
四种方式读取
5.关闭文件
ifs.close();

示例：

#include<iostream>
using namespace std;
#include<fstream>//头文件包含
#include<string>

void test()
{
	//1.包含头文件
	//#indude < fstream>

	//2. 创建流对象
	ofstream ofs;//写文件
	ifstream ifs;//读文件

	//3. 指定打开方式
	ofs.open("text1.txt", ios::out);
	//4. 写数据
	ofs << "姓名：张三" << endl;
	ofs << "年龄：18" << endl;
	ofs << "性别：男" << endl;

	ifs.open("text1.txt", ios::in);
	if (!ifs.is_open())
	{
		cout << "文件打开失败" << endl;
		return;
	}
	// 读数据
	
	//第一种
	//char buf[1024] = { 0 };
	//while (ifs >> buf)
	//{
	//	cout << buf << endl;
	//}

	//第二种
	char buf[1024] = { 0 };
	while (ifs.getline(buf,sizeof(buf)))
	{
		cout << buf << endl;
	}

	//第三种
	//string buf;
	//while ( getline(ifs, buf) )
	//{
	//	cout << buf << endl;
	//}

	//第四种
	//char c;
	//while ((c = ifs.get()) != EOF)//EOF==end of file
	//{
	//	cout << c;
	//}
	//5.关闭文件
	ifs.close();
}

int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

3， 二进制文件

3.1写文件

以二进制的方式对文件进行读写操作

打开方式要指定为 ios::binany

二进制方式写文件主要利用流对象调用成员函数write

函数原型:ostream& write(const char*buffer,int len);

参数解释:字符指针buffer 指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数

#include<iostream>
using namespace std;
#include<fstream>//头文件包含

class Person
{
public:
	char m_Name[64];
	int m_Age;
};

void test()
{
	//1.包含头文件
	//#indude < fstream>

	//2. 创建流对象
	ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);

	//3. 指定打开方式
	//ofs.open("person.txt", ios::out|ios::binary);

	//4. 写数据
	Person p = { "张三",18 };
	ofs.write((const char*)&p, sizeof(p));

	//5.关闭文件
	ofs.close();
}

int main()
{
	test();

	system("pause");

	return 0;
}

总结:
文件输出流对象 可以通过write函数，以二进制方式写数据

3.2 读文件

二进制方式读文件主要利用流对象调用成员函数read
函数原型:istream&read(char *buffer,int len);
参数解释:字符指针buffer指向内存中一段存储空间。len是读写的字节数
示例:

#include<iostream>
using namespace std;
#include<fstream>//头文件包含

class Person
{
public:
	char m_Name[64];
	int m_Age;
};

void test01()
{
	//1.包含头文件
	//#indude < fstream>

	//2. 创建流对象
	ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);

	//3. 指定打开方式
	//ofs.open("person.txt", ios::out|ios::binary);

	//4. 写数据
	Person p = { "张三",18 };
	ofs.write((const char*)&p, sizeof(p));

	//5.关闭文件
	ofs.close();
}

void test02()
{
	//1.包含头文件
	//#indude < fstream>

	//2. 创建流对象
	ifstream ifs;

	//3. 指定打开方式
	ifs.open("person.txt", ios::out|ios::binary);
	if (!ifs.is_open())
	{
		cout << "文件打开失败" << endl;
		return;
	}
	//4. 读数据
	Person p;
	ifs.read((char*)&p, sizeof(p));
	cout << "姓名：" << p.m_Name << "年龄：" << p.m_Age << endl;
	//5.关闭文件
	ifs.close();
}

int main()
{
	test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}
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