标准C++（二）

一、名字空间

什么是名字空间

在C语言中定义的全局变量、函数、结构、联合、枚举、枚举值、宏都在全局作用域下，所以当项目比较庞大时，非常容易造成命名冲突（以模块名作前缀、后缀），所以C++中选择把全局作用域进行拆分成 子作用域进行管理，这些子作用域就是作名字空间。

如何设计名字空间

namespace 空间名 {
    // 子作用域
    在该作用域中定义全局变量、函数、结构、联合、枚举、枚举值...，不会与全局变量中的命名冲突
} // 此处没有分号

如何使用名字空间中的内容

方法1：

直接使用空间中的内容

空间名::标识符;

#include <iostream>
​
int main(int argc,const char* argv[])
{
    std::cout << "我要使用std中的内容" << std::endl;        
    return 0;
}

方法2：

把空间中的部分内容导入到当作用域下，一旦导入之后就可以方便的直接使用

using 空间名::标识符;

#include <iostream>
​
using std::cout;
using std::endl;
​
int main(int argc,const char* argv[])
{
    cout << "我要使用std中的内容" << endl;              
    return 0;
}

方法3：

把空间中的所有内容导入到当前作用域下

using namespace 空间名;

#include <iostream>
​
using namespace std;
​
int main(int argc,const char* argv[])
{
    string str = "string类也定义在std名字空间中";
    cout << str << endl;
    return 0;
}

注意：C++标准库中提供的基础功能的类、对象都定义在std名字空间中，如：cout、cin、string。

空间合并与空间嵌套

1、编译器会把同名的名字空间的内容自动合并，同名的名字空间就是同一个作用域，如果同一个作用域 下有命名冲突编译就会报错。

#include <iostream>
using namespace std;
​
namespace ns {
    int num1 = 1234;
}
​
namespace ns {
    int num2 = 5678;
    int num1 = 6666;
}
​
int main(int argc,const char* argv[])
{
    using namespace ns;
    cout << num1 << " " << num2 << endl;
    return 0;
}

2、名字空间中可以再定义名字空间

#include <iostream>
using namespace std;
​
namespace ns1 
{
    namespace ns2 
    {   
        namespace ns3 
        {
            int num = 123456789;
        }
    }   
}
​
// 嵌套后的名字空间使用起来比较长，可以给内部名字空间取别名
namespace ns123=ns1::ns2::ns3;
​
int main(int argc,const char* argv[])
{
    cout << ns1::ns2::ns3::num << endl;
    cout << ns123::num << endl;
    return 0;
}

匿名名字空间

C++把默认的全局作用域当作一个没有名字的名字空间，也叫匿名名字空间，当全局的标识符被屏蔽，可以使用匿名空间的域限定符来指定全局作用域的标识符。

#include <iostream>
using namespace std;
​
int num = 1234;
int main(int argc,const char* argv[])
{
    int num = 5678;
    cout << num << endl;
    cout << ::num << endl;
    return 0;
}

注意：

工作时尽量不要使用 using namespace 空间名; 这种用法，这就像是把垃圾分类之后，又合并了，如果使用到标识符，一定要 空间名::标识符。

二、面向过程与面向对象

面向过程：

在编程时重点考虑如何解决问题，以及解决问题的具体步骤。

面向对象：

在编程时重点考虑的是"谁"能解决问题（类、结构），以及"它"解决问题时所需要属性（成员变量）和功能（成员函数）。

抽象：

把"解决问题者"当作思考或观察对象，把解决问题所需的具备的属性和功能罗列出来，这个步骤叫作抽象。

封装：

把抽象的结果（问题所需的具体的属性和功能），设置相应访问权限（public/private/protected），按照C++的语法设计成类、结构，该过程叫作封装类，简称封装。

使用封装好的类、结构，实例化出对象（定义结构变量、类变量），通过对象调用相关功能（成员函数）配合相关属性（成员变量）达到解决问题的目的。

继承：

1、在解决一个问题之前，先考虑现有的类是否能解决部分问题，如果有则继承该类，在此基础上进行扩展，以缩短解决问题的时间（代码复用）。

2、在解决一个复杂庞大的问题时，把问题拆分成若干个小问题，每个小问题实现一个类去解决，最后把这若干个类通过继承进行汇总，达到解决问题的目的，这个方式可以降低问题的规模在难度，也方便团队分工、协作。

多态：

语句的多种形态，同样的语句根据环境或参数的不同，有不同的功能，这就叫多态。

多态可以分为：

编译时多态，编译器在编译代码时根据语句的参数、环境不同，能翻译出具有不同功能的二进制指令，例如：调用重载的函数，cin、cout的自动类型识别，模板技术（后续讲解）。

运行时多态，语句只在程序运行时，才能确定执行那种功能，一般指的是类多态，后续再详细讲解。

#include <iostream>
using namespace std;
​
void func1(void)
{
    cout << "我是func1函数" << endl;
}
​
void func2(void)
{
    cout << "我是func2函数" << endl;
}
​
int main()
{
    void (*fp)(void);
    
    int cmd;
    cin >> cmd;
    if(cmd % 2)
        fp = func1;
    else
        fp = func2;
    
    fp();
}

三、类和对象

什么是类

把抽象结果（利用面向对象的思维模式，思考、观察出的结果），使用用C++的语法封装出一种类似结构的自定义数据类型（复合数据类型）。

如何设计类

struct 结构名
{
    成员函数;	// 结构的成员默认访问权限是public
    成员变量;
};

class 类名
{
    成员变量;	// 结构的成员默认访问权限是private
    成员函数;
};

注意：在C++中类的结构除了成员的默认访问权限不同，没有任何区别(大师兄说的)。

访问限制符

使用以下关键字修改结构、类的成员，管理它们的访问权限：

private: 私有的，被它修饰的成员，只能在类的成员函数内使用。
protected: 保护的，被它修饰的成员，只能在类、子类的成员函数内使用。
public: 公开的，被修饰的成员，可以在任何位置使用。

#include <iostream>
using namespace std;

struct Student
{
    void in(void)
    {   
        cout << "请输入学生的学号、姓名、年龄、成绩："; 
        cin >> id >> name >> age >> score;
    }   
    void out(void)
    {   
        // 学号:10010 姓名:hehe 年龄:18 成绩:100
        cout << "学号:" << id << " 姓名:" << name << " 年龄:" << age << " 成绩:" << score << endl;
    }   
private:
    int id; 
    char name[20];
    short age;
    float score; 
};

class Student
{
    int id; 
    char name[20];
    short age;
    float score;   
public:
    void in(void)
    {   
        cout << "请输入学生的学号、姓名、年龄、成绩："; 
        cin >> id >> name >> age >> score;
    }   
    void out(void)
    {   
        // 学号:10010 姓名:hehe 年龄:18 成绩:100
        cout << "学号:" << id << " 姓名:" << name << " 年龄:" << age << " 成绩:" << score << endl;
    } 
};

int main(int argc,const char* argv[])
{
    Student stu;
    stu.in();
    stu.out();
    return 0;
}

什么是类对象

使用设计好的类（结构）这种数据类型，定义出的类变量在面向对象编程语言中被称为对象（结构变量），创建类对象的行为也被称为实例化对象。

#include <iostream>
using namespace std;

class Student
{
    int id; 
    char name[20];
    short age;
    float score;
public:
    void in(void)
    {   
        cout << "请输入学生的学号、姓名、年龄、成绩："; 
        cin >> id >> name >> age >> score;
    }   
    void out(void)
    {   
        // 学号:10010 姓名:hehe 年龄:18 成绩:100
        cout << "学号:" << id << " 姓名:" << name << " 年龄:" << age << " 成绩:" << score << endl;
    }   
};

Student stu; // 在bss内存段上实例化对象
int main(int argc,const char* argv[])
{
    Student stu; // 在stack内存段实例化对象
    Student* stup = new Student; // 在heap内存段实例化对象
}

类的声明与实现分开

如果类的内容不多，一般会选择只定义一个头文件，以类名作为文件名。

#ifndef STUDENT_H
#define STUDENT_H

class 类名
{
    // 定义成员变量
public:
    // 定义成员函数
};

#endif//STUDENT_H

如果类的内容比较多，会选择把类的声明与定义分开，头文件负责类的声明，源文件负责类的实现。

#ifndef STUDENT_H
#define STUDENT_H

class 类名
{
    // 定义成员变量
public:
    // 声明成员函数
    void 函数名(参数列表);
};

#endif//STUDENT_H

#include "student.h"

void 类名::函数名(参数列表)
{
    
}

练习：实现C++版的通讯录。

四、构造函数与析构函数

构造函数

1、什么构造函数

类、结构、联合中的特殊成员函数，与类名、结构名、联合名同的成员函数，没有返回值。

class 类名
{
public:
    类名(参数列表)
    {
        
    }
};

2、何时调用构造函数

当创建类对象时(实例化对象)会自动调用构造函数。

int main(int argc,const char* argv[])
{
    // 调用无参构造
    Student stu;
    Student* stup = new Student;

    // 调用有参构造
    Student stu1(10010,"hehe",'w',18,98);
    Student* stup1 = new Student(10011,"xixi",'m',20,95);
    
    // 调用有参构造，c11语法标准才支持，-std=c++11
    Student stu2 = {10010,"hehe",'w',18,98};
    return 0;
}

3、在构造函数中应该做什么

构造函数负责创建使用对象的环境，一般构造函数中负责：

1、给成员变量初始化

2、给指针成员分配内存

3、从文件、网络、数据库加载数据

4、完成一些准备工作

4、实现构造函数要注意的问题

在创建类对象时，一定会调用构造函数，如果类中没有显式实现构造函数，编译器会自动生成一个无参的什么都不做的构造函数。

如果显式实现了有参构造函数，那么编译器就不会再生成无参构造。

注意：在使用new[] 创建n个对象时，无法保证给所有的类对象都单独提供参数，去调用有参构造，那么必然需要调用无参构造，此时如果没有显式实现无参构造，编译就会出错。

方法1：

class Student
{
public:
    Student() {} // 极简无参构造
};

方法2：

给有参构造函数的所有成员都设置默认形参，当需要调用无参构造时，会自动使用默认参数调用有参构造。

// 无参构造未必无参
class Student
{
	...
public:
	Student(int _id=0,const string& _name="",char _sex='w',short _age=0,float _score=0)
    {
        id = _id;
        name = _name;
        sex = _sex;
        age = _age;
        score = _score;
        cout << "我是有参构造" << endl;
    }
};

5、explicit关键字的作用

如果类中有单参的构造函数，那么它的参数类型数据就能隐藏提升为类对象，如果不使用该功能，可以在单参构造函数的前面加 explicit 关键字，参数类型数据就不能再隐藏提升为类对象。

总结：explicit关键字的作用就是禁止单参构造函数的类型提升功能。

#include <iostream>
using namespace std;

class Test
{
    int num;
public:
    [explicit] Test(int _num)
    {   
        num = _num;
    }    
};

void func(Test t)
{
    cout << "我被调用了" << endl;
}

int main(int argc,const char* argv[])
{
    func(1234);
}

析构函数：

1、什么析构函数

类、结构、联合中的特殊成员函数，在类名、结构名、联合的前面加~，就是析构函数，没有返回也没有参数。

struct Student
{
    int id; 
    string name;
    char sex;
    short age;
    float score;
public:
    Student(void)
    {
        cout << "我是无参构造函数" << endl;
    }
    Student(int _id,const string& _name,char _sex,short _age,float _score)
    {   
        id = _id;
        name = _name;
        sex = _sex;
        age = _age;
        score = _score;
        cout << "我是有参构造" << endl;
    }   
    ~Student(void)
    {   
        cout << "我是析构函数" << endl;
    }   
};

2、在析构函数中应该做什么

析构函数负责对象销毁时的收尾工作，一般构造函数中负责：

1、释放指针成员指向的堆内存

2、往文件中、数据库保存数据

3、何时调用析构函数

1、当类对象离开它所在的作用域时，系统会自动销毁类对象，并自动调用析构函数。

#include <iostream>
using namespace std;

struct Student
{
    int id;
    string name;
    char sex;
    short age;
    float score;
public:
    Student(void)
    {
        cout << "我是无参构造函数" << endl;
    }
    Student(int _id,const string& _name,char _sex,short _age,float _score)
    {
        id = _id;
        name = _name;
        sex = _sex;
        age = _age;
        score = _score;
        cout << "我是有参构造" << endl;
    }
    ~Student(void)
    {
        cout << "我是析构函数" << endl;
    }
};

int main(int argc,const char* argv[])
{
    do{
        // 当创建类对象时，自动调用构造函数，当对象离开它的作用域时，会自动调用析构函数
        Student stu;
    }while(0);
    cout << "-----------" << endl;
}

2、当使用delete或delete[] 释放堆内存上的类对象时，会自动调用析构函数（必须使用delete释放）。

#include <iostream>
using namespace std;

struct Student
{
    int id;
    string name;
    char sex;
    short age;
    float score;
public:
    Student(void)
    {
        cout << "我是无参构造函数" << endl;
    }
    Student(int _id,const string& _name,char _sex,short _age,float _score)
    {
        id = _id;
        name = _name;
        sex = _sex;
        age = _age;
        score = _score;
        cout << "我是有参构造" << endl;
    }
    ~Student(void)
    {
        cout << "我是析构函数" << endl;
    }
};

int main(int argc,const char* argv[])
{

    // 使用new 或 new[] 在堆内存上创建类对象时会自动调用构造函数
    Student* stup = new Student;
    Student* stus = new Student[10];

    // 类对象的个数，也是执行构造、析构函数的次数
    cout << *((int*)stus-1) << endl;

    // 使用delete 或 delete[] 释放堆内存上的类对象时会自动调用析构函数
    delete stup;
    delete[] stus;

	// 注意：使用new创建的就使用delete释放，使用new[]创建的就使用delete[]释放，不能混用
    return 0;
}

4、析构函数要注意的问题

如果没有显式实现析构函数，那么编译器会自动生成一个什么都不做的析构函数。

如果构造函数中使用new、malloc分配的堆内存，就一定要显式实现析构函数，并在析构函数中释放堆内存，否则就会造成内存泄漏。

五、初始化列表与const成员

const成员

使用const修饰的类、结构、联合的成员变量，在类对象创建完成前一定要初始化。

不能在构造函数中初始化const成员，因为执行构造函数时，类对象已经创建完成，只有类对象创建完成才能调用成员函数，构造函数虽然特殊但也是成员函数。

在定义const成员时进行初始化，该语法只有在C11语法标准下才支持。

初始化列表

在构造函数小括号后面，主要用于给const成员初始化的一种特殊语法，也可以给普通成员初始化（可以解决参数名与成员变量名同名的问题）。

注意：如果有成员是类、结构、联合类型的，还可以在初始化列表中显式调用成员的构造函数，还可以调用父类的构造函数。

class 类名
{
	成员变量;
public:
    构造函数(参数列表):成员变量(初始值),成员变量(初始值),...
    {
        
    }
};

#include <iostream>
using namespace std;

class Test
{
    // 可以使用，但只有C11标准才支持
    // const int num = 1234;
    const int num;
public:
    Test(int num=0):num(num)
    {   
        cout << "我是带初始化列表的构造函数" << endl;
    }   
    void show(void)
    {   
        cout << "const num = " << num << endl;
    }   
};
int main(int argc,const char* argv[])
{
    Test t(123456789);
    t.show();
    return 0;
}