2026.2.2 & 2.3学习笔记

1.代码题

459. 重复的子字符串 - 力扣（LeetCode）本道代码题中需要学习一个较为复杂的算法:KMP算法

459.重复的子字符串

参考视频:https://www.bilibili.com/video/BV1PD4y1o7nd?t=1.6

https://www.bilibili.com/video/BV1M5411j7Xx?t=1305.2

https://www.bilibili.com/video/BV1cg41127fw?t=1.9

参考文档:459.重复的子字符串 | 代码随想录

力扣题目链接(opens new window)

题目

给定一个非空的字符串，判断它是否可以由它的一个子串重复多次构成。给定的字符串只含有小写英文字母，并且长度不超过10000。

示例 1:

• 输入: "abab"
• 输出: True
• 解释: 可由子字符串 "ab" 重复两次构成。

示例 2:

• 输入: "aba"
• 输出: False

示例 3:

• 输入: "abcabcabcabc"
• 输出: True
• 解释: 可由子字符串 "abc" 重复四次构成。 (或者子字符串 "abcabc" 重复两次构成。)

思路

暴力的解法， 就是一个for循环获取 子串的终止位置， 然后判断子串是否能重复构成字符串，又嵌套一个for循环，所以是O(n^2)的时间复杂度。

有的同学可以想，怎么一个for循环就可以获取子串吗？ 至少得一个for获取子串起始位置，一个for获取子串结束位置吧。

其实我们只需要判断，以第一个字母为开始的子串就可以，所以一个for循环获取子串的终止位置就行了。 而且遍历的时候 都不用遍历结束，只需要遍历到中间位置，因为子串结束位置大于中间位置的话，一定不能重复组成字符串。

暴力的解法，这里就不详细讲解了。

代码如下

class Solution {
public:
    bool repeatedSubstringPattern(string s) {
        // 获取原字符串长度
        int n = s.size();
        // 边界：长度为1，无法由子串重复多次构成
        if (n == 1) return false;

        // 枚举所有可能的子串长度k，范围1~n/2（至少重复2次）
        for (int k = 1; k <= n / 2; ++k) {
            // 关键条件：n必须能被k整除，否则重复后长度对不上
            if (n % k == 0) {
                // 取前k个字符作为候选子串t
                string t = s.substr(0, k);
                // 计算需要重复的次数m
                int m = n / k;
                // 拼接m次候选子串，得到验证字符串
                string temp;
                for (int i = 0; i < m; ++i) {
                    temp += t;
                }
                // 若拼接后和原字符串一致，说明符合条件
                if (temp == s) {
                    return true;
                }
            }
        }

        // 枚举完所有可能，无符合条件的子串
        return false;
    }
};

主要讲一讲移动匹配 和 KMP两种方法。

#移动匹配

当一个字符串s：abcabc，内部由重复的子串组成，那么这个字符串的结构一定是这样的：

也就是由前后相同的子串组成。

那么既然前面有相同的子串，后面有相同的子串，用 s + s，这样组成的字符串中，后面的子串做前串，前面的子串做后串，就一定还能组成一个s，如图：

当然，我们在判断 s + s 拼接的字符串里是否出现一个s的的时候，要刨除 s + s 的首字符和尾字符，这样避免在s+s中搜索出原来的s，我们要搜索的是中间拼接出来的s。

以上证明的充分性，接下来证明必要性：

如果有一个字符串s，在 s + s 拼接后， 不算首尾字符，如果能凑成s字符串，说明s 一定是重复子串组成。

如图，字符串s，图中数字为数组下标，在 s + s 拼接后， 不算首尾字符，中间凑成s字符串。 （图中数字为数组下标）

图中，因为中间拼接成了s，根据红色框 可以知道 s[4] = s[0]， s[5] = s[1]， s[0] = s[2], s[1] = s[3] s[2] = s[4] ,s[3] = s[5]

以上相等关系我们串联一下：

s[4] = s[0] = s[2]

s[5] = s[1] = s[3]

即：s[4],s[5] = s[0],s[1] = s[2],s[3]

说明这个字符串，是由 两个字符 s[0] 和 s[1] 重复组成的！

这里可以有录友想，凭什么就是这样组成的s呢，我换一个方式组成s 行不行，如图：

s[3] = s[0]，s[4] = s[1] ，s[5] = s[2]，s[0] = s[3]，s[1] = s[4]，s[2] = s[5]

以上相等关系串联：

s[3] = s[0]

s[1] = s[4]

s[2] = s[5]

s[0] s[1] s[2] = s[3] s[4] s[5]

和以上推导过程一样，最后可以推导出，这个字符串是由 s[0] ，s[1] ，s[2] 重复组成。

如果是这样的呢，如图：

s[1] = s[0]，s[2] = s[1] ，s[3] = s[2]，s[4] = s[3]，s[5] = s[4]，s[0] = s[5]

以上相等关系串联

s[0] = s[1] = s[2] = s[3] = s[4] = s[5]

最后可以推导出，这个字符串是由 s[0] 重复组成。

以上 充分和必要性都证明了，所以判断字符串s是否由重复子串组成，只要两个s拼接在一起，里面还出现一个s的话，就说明是由重复子串组成。

代码如下：

class Solution {
public:
    bool repeatedSubstringPattern(string s) {
        string t = s + s;
        t.erase(t.begin()); t.erase(t.end() - 1); // 掐头去尾
        if (t.find(s) != std::string::npos) return true; // r
        return false;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(1)

此处对于新手需要理解以下这句话:if (t.find(s) != std::string::npos)

npos 是 C++ 标准库中 std::string 类的专属静态常量，也是字符串操作里的 **"未找到 / 无效位置" 标志 **，专门用来表示「字符串中不存在目标子串 / 字符」或「一个超出字符串范围的无效索引」，是你刚才看到的子串判断逻辑的核心标识。

下面用新手能看懂的方式，讲清它的本质、值、核心用法和关键特性，结合你的使用场景讲透，不绕抽象概念：

1. 核心本质与类型

npos 的类型是 size_t （C++ 内置的无符号整数类型，unsigned），这个类型也是字符串索引、长度（string::size()）的返回类型，所以npos能和find()的返回值无缝比较（这也是标准库的设计初衷）。

同时它是 std::string 的静态常量 ，所以必须通过std::string::npos的方式调用，不能用字符串对象（比如ss.npos）调用，这是固定语法。

2. npos 的实际值

npos 的值被标准库定义为 size_t 类型的最大值：

• 32 位系统中，size_t是 32 位无符号整数，npos = 2^32 - 1 = 4294967295；
• 64 位系统中，size_t是 64 位无符号整数，npos = 2^64 - 1（一个极大的数）。

你完全不用记具体数值 ，直接用std::string::npos这个名字就好 ------ 标准库封装了具体值，跨平台时会自动适配，这也是用常量的意义。

这个值的设计很巧妙：因为字符串的实际长度不可能达到size_t的最大值（内存装不下），所以这个值永远不会和有效的字符串索引重叠，能完美作为 "未找到" 的标志。

3. 核心用途（唯一核心场景）

npos 最主要的作用，就是作为 std::string 所有查找类成员函数的 **"未找到返回值"**，比如你用到的：

• find()：查找子串 / 字符，未找到返回npos；
• 还有rfind()（从后往前找）、find_first_of()（找第一个匹配的字符）、find_last_of()等查找函数，未找到时全返回npos。

这也是你代码里的核心逻辑：ss.find(s) != std::string::npos → 找到有效索引（不是未找到标志）→ 子串存在。

总结

关于npos，记住 3 个核心点就够了，其他细节不用深究：

1. 它是std::string的静态无符号常量 ，调用方式固定为std::string::npos；
2. 它是字符串查找函数的 "未找到标志"，也是表示「到字符串末尾」的实用参数；
3. 永远只和find()等的返回值直接比较 ，不要和-1/int类型比较，避免坑。

不过这种解法还有一个问题，就是 我们最终还是要判断 一个字符串（s + s）是否出现过 s 的过程，大家可能直接用contains，find 之类的库函数， 却忽略了实现这些函数的时间复杂度（暴力解法是m * n，一般库函数实现为 O(m + n)）。

如果我们做过 28.实现strStr (opens new window)题目的话，其实就知道，实现一个 高效的算法来判断 一个字符串中是否出现另一个字符串是很复杂的，这里就涉及到了KMP算法。

#KMP

#为什么会使用KMP

以下使用KMP方式讲解，强烈建议大家先把以下两个视频看了，理解KMP算法，再来看下面讲解，否则会很懵。

• 视频讲解版：帮你把KMP算法学个通透！（理论篇）(opens new window)
• 视频讲解版：帮你把KMP算法学个通透！（求next数组代码篇）(opens new window)
• 文字讲解版：KMP算法(opens new window)

在一个串中查找是否出现过另一个串，这是KMP的看家本领。那么寻找重复子串怎么也涉及到KMP算法了呢？

KMP算法中next数组为什么遇到字符不匹配的时候可以找到上一个匹配过的位置继续匹配，靠的是有计算好的前缀表。

前缀表里，统计了各个位置为终点字符串的最长相同前后缀的长度。

那么 最长相同前后缀和重复子串的关系又有什么关系呢。

可能很多录友又忘了 前缀和后缀的定义，再回顾一下：

• 前缀是指不包含最后一个字符的所有以第一个字符开头的连续子串；
• 后缀是指不包含第一个字符的所有以最后一个字符结尾的连续子串

#充分性证明

如果一个字符串s是由重复子串组成，那么 最长相等前后缀不包含的子串一定是字符串s的最小重复子串。

如果s 是由最小重复子串p组成，即 s = n * p

那么相同前后缀可以是这样：

也可以是这样：

最长的相等前后缀，也就是这样：

这里有录友就想：如果字符串s 是由最小重复子串p组成，最长相等前后缀就不能更长一些？ 例如这样：

如果这样的话，因为前后缀要相同，所以 p2 = p1，p3 = p2，如图：

p2 = p1，p3 = p2 即： p1 = p2 = p3

说明 p = p1 * 3。

这样p 就不是最小重复子串了，不符合我们定义的条件。

所以，如果这个字符串s是由重复子串组成，那么最长相等前后缀不包含的子串是字符串s的最小重复子串。

#必要性证明

以上是充分性证明，以下是必要性证明：

如果 最长相等前后缀不包含的子串是字符串s的最小重复子串， 那么字符串s一定由重复子串组成吗？

最长相等前后缀不包含的子串已经是字符串s的最小重复子串，那么字符串s一定由重复子串组成，这个不需要证明了。

关键是要证明：最长相等前后缀不包含的子串什么时候才是字符串s的最小重复子串呢。

情况一， 最长相等前后缀不包含的子串的长度 比 字符串s的一半的长度还大，那一定不是字符串s的重复子串，如图：

图中：前后缀不包含的子串的长度 大于 字符串s的长度的 二分之一

---

情况二，最长相等前后缀不包含的子串的长度 可以被 字符串s的长度整除，如图：

步骤一：因为 这是相等的前缀和后缀，t[0] 与 k[0]相同， t[1] 与 k[1]相同，所以 s[0] 一定和 s[2]相同，s[1] 一定和 s[3]相同，即：，s[0]s[1]与s[2]s[3]相同 。

步骤二： 因为在同一个字符串位置，所以 t[2] 与 k[0]相同，t[3] 与 k[1]相同。

步骤三： 因为 这是相等的前缀和后缀，t[2] 与 k[2]相同 ，t[3]与k[3] 相同，所以，s[2]一定和s[4]相同，s[3]一定和s[5]相同，即：s[2]s[3] 与 s[4]s[5]相同。

步骤四：循环往复。

所以字符串s，s[0]s[1]与s[2]s[3]相同， s[2]s[3] 与 s[4]s[5]相同，s[4]s[5] 与 s[6]s[7] 相同。

可以推出，在由重复子串组成的字符串中，最长相等前后缀不包含的子串就是最小重复子串。

即 s[0]s[1] 是最小重复子串

以上推导中，录友可能想，你怎么知道 s[0] 和 s[1] 就不相同呢？ s[0] 为什么就不能是最小重复子串。

如果 s[0] 和 s[1] 也相同，同时 s[0]s[1]与s[2]s[3]相同，s[2]s[3] 与 s[4]s[5]相同，s[4]s[5] 与 s[6]s[7] 相同，那么这个字符串就是有一个字符构成的字符串。

那么它的最长相同前后缀，就不是上图中的前后缀，而是这样的的前后缀：

录友可能再问，由一个字符组成的字符串，最长相等前后缀凭什么就是这样的。

有这种疑惑的录友，就是还不知道 最长相等前后缀 是怎么算的。

可以看这里：KMP讲解 (opens new window)，再去回顾一下。

或者说，自己举个例子，aaaaaa，这个字符串，他的最长相等前后缀是什么？

同上以上推导，最长相等前后缀不包含的子串的长度只要被 字符串s的长度整除，最长相等前后缀不包含的子串一定是最小重复子串。

---

情况三，最长相等前后缀不包含的子串的长度 不被 字符串s的长度整除得情况，如图：

步骤一：因为 这是相等的前缀和后缀，t[0] 与 k[0]相同， t[1] 与 k[1]相同，t[2] 与 k[2]相同。

所以 s[0] 与 s[3]相同，s[1] 与 s[4]相同，s[2] 与s[5]，即：，s[0]s[1]与s[2]s[3]相同 。

步骤二： 因为在同一个字符串位置，所以 t[3] 与 k[0]相同，t[4] 与 k[1]相同。

步骤三： 因为 这是相等的前缀和后缀，t[3] 与 k[3]相同 ，t[4]与k[5] 相同，所以，s[3]一定和s[6]相同，s[4]一定和s[7]相同，即：s[3]s[4] 与 s[6]s[7]相同。

以上推导，可以得出 s[0],s[1],s[2] 与 s[3],s[4],s[5] 相同，s[3]s[4] 与 s[6]s[7]相同。

那么 最长相等前后缀不包含的子串的长度 不被 字符串s的长度整除 ，最长相等前后缀不包含的子串就不是s的重复子串

---

充分条件：如果字符串s是由重复子串组成，那么 最长相等前后缀不包含的子串 一定是 s的最小重复子串。

必要条件：如果字符串s的最长相等前后缀不包含的子串 是 s最小重复子串，那么 s是由重复子串组成。

在必要条件，这个是 显而易见的，都已经假设 最长相等前后缀不包含的子串 是 s的最小重复子串了，那s必然是重复子串。

关键是需要证明， 字符串s的最长相等前后缀不包含的子串 什么时候才是 s最小重复子串。

同上我们证明了，当 最长相等前后缀不包含的子串的长度 可以被 字符串s的长度整除，那么不包含的子串 就是s的最小重复子串。

---

#代码分析

next 数组记录的就是最长相同前后缀（ 字符串：KMP算法精讲 (opens new window)）， 如果 next[len - 1] != -1，则说明字符串有最长相同的前后缀（就是字符串里的前缀子串和后缀子串相同的最长长度）。

最长相等前后缀的长度为：next[len - 1] + 1。(这里的next数组是以统一减一的方式计算的，因此需要+1，两种计算next数组的具体区别看这里：字符串：KMP算法精讲 (opens new window))

数组长度为：len。

len - (next[len - 1] + 1) 是最长相等前后缀不包含的子串的长度。

如果len % (len - (next[len - 1] + 1)) == 0 ，则说明数组的长度正好可以被 最长相等前后缀不包含的子串的长度 整除 ，说明该字符串有重复的子字符串。

#打印数组

强烈建议大家把next数组打印出来，看看next数组里的规律，有助于理解KMP算法

如图：

next[len - 1] = 7，next[len - 1] + 1 = 8，8就是此时字符串asdfasdfasdf的最长相同前后缀的长度。

(len - (next[len - 1] + 1)) 也就是： 12(字符串的长度) - 8(最长公共前后缀的长度) = 4， 为最长相同前后缀不包含的子串长度

4可以被 12(字符串的长度) 整除，所以说明有重复的子字符串（asdf）。

#代码实现

C++代码如下：（这里使用了前缀表统一减一的实现方式）

class Solution {
public:
    void getNext (int* next, const string& s){
        next[0] = -1;
        int j = -1;
        for(int i = 1;i < s.size(); i++){
            while(j >= 0 && s[i] != s[j + 1]) {
                j = next[j];
            }
            if(s[i] == s[j + 1]) {
                j++;
            }
            next[i] = j;
        }
    }
    bool repeatedSubstringPattern (string s) {
        if (s.size() == 0) {
            return false;
        }
        int next[s.size()];
        getNext(next, s);
        int len = s.size();
        if (next[len - 1] != -1 && len % (len - (next[len - 1] + 1)) == 0) {
            return true;
        }
        return false;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(n)

前缀表（不减一）的C++代码实现：

class Solution {
public:
    void getNext (int* next, const string& s){
        next[0] = 0;
        int j = 0;
        for(int i = 1;i < s.size(); i++){
            while(j > 0 && s[i] != s[j]) {
                j = next[j - 1];
            }
            if(s[i] == s[j]) {
                j++;
            }
            next[i] = j;
        }
    }
    bool repeatedSubstringPattern (string s) {
        if (s.size() == 0) {
            return false;
        }
        int next[s.size()];
        getNext(next, s);
        int len = s.size();
        if (next[len - 1] != 0 && len % (len - (next[len - 1] )) == 0) {
            return true;
        }
        return false;
    }
};

• 时间复杂度: O(n)
• 空间复杂度: O(n)

2.c++学习

4.6 继承

继承是面向对象三大特性之一

有些类与类之间存在特殊的关系，例如下图中：

我们发现，定义这些类时，下级别的成员除了拥有上一级的共性，还有自己的特性。

这个时候我们就可以考虑利用继承的技术，减少重复代码

4.6.1 继承的基本语法

例如我们看到很多网站中，都有公共的头部，公共的底部，甚至公共的左侧列表，只有中心内容不同

接下来我们分别利用普通写法和继承的写法来实现网页中的内容，看一下继承存在的意义以及好处

普通实现：

//Java页面
class Java 
{
public:
	void header()
	{
		cout << "首页、公开课、登录、注册...（公共头部）" << endl;
	}
	void footer()
	{
		cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
	}
	void left()
	{
		cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
	}
	void content()
	{
		cout << "JAVA学科视频" << endl;
	}
};
//Python页面
class Python
{
public:
	void header()
	{
		cout << "首页、公开课、登录、注册...（公共头部）" << endl;
	}
	void footer()
	{
		cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
	}
	void left()
	{
		cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
	}
	void content()
	{
		cout << "Python学科视频" << endl;
	}
};
//C++页面
class CPP 
{
public:
	void header()
	{
		cout << "首页、公开课、登录、注册...（公共头部）" << endl;
	}
	void footer()
	{
		cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
	}
	void left()
	{
		cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
	}
	void content()
	{
		cout << "C++学科视频" << endl;
	}
};

void test01()
{
	//Java页面
	cout << "Java下载视频页面如下： " << endl;
	Java ja;
	ja.header();
	ja.footer();
	ja.left();
	ja.content();
	cout << "--------------------" << endl;

	//Python页面
	cout << "Python下载视频页面如下： " << endl;
	Python py;
	py.header();
	py.footer();
	py.left();
	py.content();
	cout << "--------------------" << endl;

	//C++页面
	cout << "C++下载视频页面如下： " << endl;
	CPP cp;
	cp.header();
	cp.footer();
	cp.left();
	cp.content();

}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

继承实现：

//公共页面
class BasePage
{
public:
	void header()
	{
		cout << "首页、公开课、登录、注册...（公共头部）" << endl;
	}

	void footer()
	{
		cout << "帮助中心、交流合作、站内地图...(公共底部)" << endl;
	}
	void left()
	{
		cout << "Java,Python,C++...(公共分类列表)" << endl;
	}

};

//Java页面
class Java : public BasePage
{
public:
	void content()
	{
		cout << "JAVA学科视频" << endl;
	}
};
//Python页面
class Python : public BasePage
{
public:
	void content()
	{
		cout << "Python学科视频" << endl;
	}
};
//C++页面
class CPP : public BasePage
{
public:
	void content()
	{
		cout << "C++学科视频" << endl;
	}
};

void test01()
{
	//Java页面
	cout << "Java下载视频页面如下： " << endl;
	Java ja;
	ja.header();
	ja.footer();
	ja.left();
	ja.content();
	cout << "--------------------" << endl;

	//Python页面
	cout << "Python下载视频页面如下： " << endl;
	Python py;
	py.header();
	py.footer();
	py.left();
	py.content();
	cout << "--------------------" << endl;

	//C++页面
	cout << "C++下载视频页面如下： " << endl;
	CPP cp;
	cp.header();
	cp.footer();
	cp.left();
	cp.content();


}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

继承的好处：==可以减少重复的代码==

class A : public B;

A 类称为子类 或 派生类

B 类称为父类 或 基类

派生类中的成员，包含两大部分：

一类是从基类继承过来的，一类是自己增加的成员。

从基类继承过过来的表现其共性，而新增的成员体现了其个性。

4.6.2 继承方式

继承的语法：class 子类 : 继承方式 父类

继承方式一共有三种：

• 公共继承
• 保护继承
• 私有继承

示例：

class Base1
{
public: 
	int m_A;
protected:
	int m_B;
private:
	int m_C;
};

//公共继承
class Son1 :public Base1
{
public:
	void func()
	{
		m_A; //可访问 public权限
		m_B; //可访问 protected权限
		//m_C; //不可访问
	}
};

void myClass()
{
	Son1 s1;
	s1.m_A; //其他类只能访问到公共权限
}

//保护继承
class Base2
{
public:
	int m_A;
protected:
	int m_B;
private:
	int m_C;
};
class Son2:protected Base2
{
public:
	void func()
	{
		m_A; //可访问 protected权限
		m_B; //可访问 protected权限
		//m_C; //不可访问
	}
};
void myClass2()
{
	Son2 s;
	//s.m_A; //不可访问
}

//私有继承
class Base3
{
public:
	int m_A;
protected:
	int m_B;
private:
	int m_C;
};
class Son3:private Base3
{
public:
	void func()
	{
		m_A; //可访问 private权限
		m_B; //可访问 private权限
		//m_C; //不可访问
	}
};
class GrandSon3 :public Son3
{
public:
	void func()
	{
		//Son3是私有继承，所以继承Son3的属性在GrandSon3中都无法访问到
		//m_A;
		//m_B;
		//m_C;
	}
};

4.6.3 继承中的对象模型

**问题：**从父类继承过来的成员，哪些属于子类对象中？

示例：

class Base
{
public:
	int m_A;
protected:
	int m_B;
private:
	int m_C; //私有成员只是被隐藏了，但是还是会继承下去
};

//公共继承
class Son :public Base
{
public:
	int m_D;
};

void test01()
{
	cout << "sizeof Son = " << sizeof(Son) << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

利用工具查看：

打开工具窗口后，定位到当前CPP文件的盘符

然后输入： cl /d1 reportSingleClassLayout查看的类名 所属文件名

效果如下图：

结论： 父类中私有成员也是被子类继承下去了，只是由编译器给隐藏后访问不到

4.6.4 继承中构造和析构顺序

子类继承父类后，当创建子类对象，也会调用父类的构造函数

问题：父类和子类的构造和析构顺序是谁先谁后？

示例：

class Base 
{
public:
	Base()
	{
		cout << "Base构造函数!" << endl;
	}
	~Base()
	{
		cout << "Base析构函数!" << endl;
	}
};

class Son : public Base
{
public:
	Son()
	{
		cout << "Son构造函数!" << endl;
	}
	~Son()
	{
		cout << "Son析构函数!" << endl;
	}

};


void test01()
{
	//继承中 先调用父类构造函数，再调用子类构造函数，析构顺序与构造相反
	Son s;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：继承中 先调用父类构造函数，再调用子类构造函数，析构顺序与构造相反

4.6.5 继承同名成员处理方式

问题：当子类与父类出现同名的成员，如何通过子类对象，访问到子类或父类中同名的数据呢？

• 访问子类同名成员 直接访问即可
• 访问父类同名成员 需要加作用域

示例：

class Base {
public:
	Base()
	{
		m_A = 100;
	}

	void func()
	{
		cout << "Base - func()调用" << endl;
	}

	void func(int a)
	{
		cout << "Base - func(int a)调用" << endl;
	}

public:
	int m_A;
};


class Son : public Base {
public:
	Son()
	{
		m_A = 200;
	}

	//当子类与父类拥有同名的成员函数，子类会隐藏父类中所有版本的同名成员函数
	//如果想访问父类中被隐藏的同名成员函数，需要加父类的作用域
	void func()
	{
		cout << "Son - func()调用" << endl;
	}
public:
	int m_A;
};

void test01()
{
	Son s;

	cout << "Son下的m_A = " << s.m_A << endl;
	cout << "Base下的m_A = " << s.Base::m_A << endl;

	s.func();
	s.Base::func();
	s.Base::func(10);

}
int main() {

	test01();

	system("pause");
	return EXIT_SUCCESS;
}

总结：

1. 子类对象可以直接访问到子类中同名成员
2. 子类对象加作用域可以访问到父类同名成员
3. 当子类与父类拥有同名的成员函数，子类会隐藏父类中同名成员函数，加作用域可以访问到父类中同名函数

4.6.6 继承同名静态成员处理方式

问题：继承中同名的静态成员在子类对象上如何进行访问？

静态成员和非静态成员出现同名，处理方式一致

• 访问子类同名成员 直接访问即可
• 访问父类同名成员 需要加作用域

示例：

class Base {
public:
	static void func()
	{
		cout << "Base - static void func()" << endl;
	}
	static void func(int a)
	{
		cout << "Base - static void func(int a)" << endl;
	}

	static int m_A;
};

int Base::m_A = 100;

class Son : public Base {
public:
	static void func()
	{
		cout << "Son - static void func()" << endl;
	}
	static int m_A;
};

int Son::m_A = 200;

//同名成员属性
void test01()
{
	//通过对象访问
	cout << "通过对象访问： " << endl;
	Son s;
	cout << "Son  下 m_A = " << s.m_A << endl;
	cout << "Base 下 m_A = " << s.Base::m_A << endl;

	//通过类名访问
	cout << "通过类名访问： " << endl;
	cout << "Son  下 m_A = " << Son::m_A << endl;
	cout << "Base 下 m_A = " << Son::Base::m_A << endl;
}

//同名成员函数
void test02()
{
	//通过对象访问
	cout << "通过对象访问： " << endl;
	Son s;
	s.func();
	s.Base::func();

	cout << "通过类名访问： " << endl;
	Son::func();
	Son::Base::func();
	//出现同名，子类会隐藏掉父类中所有同名成员函数，需要加作作用域访问
	Son::Base::func(100);
}
int main() {

	//test01();
	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：同名静态成员处理方式和非静态处理方式一样，只不过有两种访问的方式（通过对象 和 通过类名）

4.6.7 多继承语法

C++允许一个类继承多个类

语法： class 子类 ：继承方式 父类1 ， 继承方式 父类2...

多继承可能会引发父类中有同名成员出现，需要加作用域区分

C++实际开发中不建议用多继承

示例：

class Base1 {
public:
	Base1()
	{
		m_A = 100;
	}
public:
	int m_A;
};

class Base2 {
public:
	Base2()
	{
		m_A = 200;  //开始是m_B 不会出问题，但是改为mA就会出现不明确
	}
public:
	int m_A;
};

//语法：class 子类：继承方式 父类1 ，继承方式 父类2 
class Son : public Base2, public Base1 
{
public:
	Son()
	{
		m_C = 300;
		m_D = 400;
	}
public:
	int m_C;
	int m_D;
};


//多继承容易产生成员同名的情况
//通过使用类名作用域可以区分调用哪一个基类的成员
void test01()
{
	Son s;
	cout << "sizeof Son = " << sizeof(s) << endl;
	cout << s.Base1::m_A << endl;
	cout << s.Base2::m_A << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

总结： 多继承中如果父类中出现了同名情况，子类使用时候要加作用域

4.6.8 菱形继承

菱形继承概念：

​ 两个派生类继承同一个基类

​ 又有某个类同时继承者两个派生类

​ 这种继承被称为菱形继承，或者钻石继承

典型的菱形继承案例：

菱形继承问题：

   羊继承了动物的数据，驼同样继承了动物的数据，当草泥马使用数据时，就会产生二义性。

2. 草泥马继承自动物的数据继承了两份，其实我们应该清楚，这份数据我们只需要一份就可以。

示例：

class Animal
{
public:
	int m_Age;
};

//继承前加virtual关键字后，变为虚继承
//此时公共的父类Animal称为虚基类
class Sheep : virtual public Animal {};
class Tuo   : virtual public Animal {};
class SheepTuo : public Sheep, public Tuo {};

void test01()
{
	SheepTuo st;
	st.Sheep::m_Age = 100;
	st.Tuo::m_Age = 200;

	cout << "st.Sheep::m_Age = " << st.Sheep::m_Age << endl;
	cout << "st.Tuo::m_Age = " <<  st.Tuo::m_Age << endl;
	cout << "st.m_Age = " << st.m_Age << endl;
}


int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

• 菱形继承带来的主要问题是子类继承两份相同的数据，导致资源浪费以及毫无意义
• 利用虚继承可以解决菱形继承问题

4.7 多态

4.7.1 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

class Animal
{
public:
	//Speak函数就是虚函数
	//函数前面加上virtual关键字，变成虚函数，那么编译器在编译的时候就不能确定函数调用了。
	virtual void speak()
	{
		cout << "动物在说话" << endl;
	}
};

class Cat :public Animal
{
public:
	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阶段就能确定，那么静态联编
//如果函数地址在运行阶段才能确定，就是动态联编

void DoSpeak(Animal & animal)
{
	animal.speak();
}
//
//多态满足条件： 
//1、有继承关系
//2、子类重写父类中的虚函数
//多态使用：
//父类指针或引用指向子类对象

void test01()
{
	Cat cat;
	DoSpeak(cat);


	Dog dog;
	DoSpeak(dog);
}


int main() {

	test01();

	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

4.7.2 多态案例一-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
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;
		}
		//如果要提供新的运算，需要修改源码
	}
public:
	int m_Num1;
	int m_Num2;
};

void test01()
{
	//普通实现测试
	Calculator c;
	c.m_Num1 = 10;
	c.m_Num2 = 10;
	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;
}



//多态实现
//抽象计算器类
//多态优点：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
class AbstractCalculator
{
public :

	virtual int getResult()
	{
		return 0;
	}

	int m_Num1;
	int m_Num2;
};

//加法计算器
class AddCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 + m_Num2;
	}
};

//减法计算器
class SubCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 - m_Num2;
	}
};

//乘法计算器
class MulCalculator :public AbstractCalculator
{
public:
	int getResult()
	{
		return m_Num1 * m_Num2;
	}
};


void test02()
{
	//创建加法计算器
	AbstractCalculator *abc = new AddCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << " + " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;  //用完了记得销毁

	//创建减法计算器
	abc = new SubCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << " - " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;  

	//创建乘法计算器
	abc = new MulCalculator;
	abc->m_Num1 = 10;
	abc->m_Num2 = 10;
	cout << abc->m_Num1 << " * " << abc->m_Num2 << " = " << abc->getResult() << endl;
	delete abc;
}

int main() {

	//test01();

	test02();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：C++开发提倡利用多态设计程序架构，因为多态优点很多

4.7.3 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

示例：

class Base
{
public:
	//纯虚函数
	//类中只要有一个纯虚函数就称为抽象类
	//抽象类无法实例化对象
	//子类必须重写父类中的纯虚函数，否则也属于抽象类
	virtual void func() = 0;
};

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

void test01()
{
	Base * base = NULL;
	//base = new Base; // 错误，抽象类无法实例化对象
	base = new Son;
	base->func();
	delete base;//记得销毁
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

4.7.4 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

示例：

//抽象制作饮品
class AbstractDrinking {
public:
	//烧水
	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;
	//规定流程
	void MakeDrink() {
		Boil();
		Brew();
		PourInCup();
		PutSomething();
	}
};

//制作咖啡
class Coffee : public AbstractDrinking {
public:
	//烧水
	virtual void Boil() {
		cout << "煮农夫山泉!" << endl;
	}
	//冲泡
	virtual void Brew() {
		cout << "冲泡咖啡!" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() {
		cout << "将咖啡倒入杯中!" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() {
		cout << "加入牛奶!" << endl;
	}
};

//制作茶水
class Tea : public AbstractDrinking {
public:
	//烧水
	virtual void Boil() {
		cout << "煮自来水!" << endl;
	}
	//冲泡
	virtual void Brew() {
		cout << "冲泡茶叶!" << endl;
	}
	//倒入杯中
	virtual void PourInCup() {
		cout << "将茶水倒入杯中!" << endl;
	}
	//加入辅料
	virtual void PutSomething() {
		cout << "加入枸杞!" << endl;
	}
};

//业务函数
void DoWork(AbstractDrinking* drink) {
	drink->MakeDrink();
	delete drink;
}

void test01() {
	DoWork(new Coffee);
	cout << "--------------" << endl;
	DoWork(new Tea);
}


int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

4.7.5 虚析构和纯虚析构

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

虚析构语法：

virtual ~类名(){}

纯虚析构语法：

virtual ~类名() = 0;

类名::~类名(){}

示例：

class Animal {
public:

	Animal()
	{
		cout << "Animal 构造函数调用！" << endl;
	}
	virtual void Speak() = 0;

	//析构函数加上virtual关键字，变成虚析构函数
	//virtual ~Animal()
	//{
	//	cout << "Animal虚析构函数调用！" << endl;
	//}


	virtual ~Animal() = 0;
};

Animal::~Animal()
{
	cout << "Animal 纯虚析构函数调用！" << endl;
}

//和包含普通纯虚函数的类一样，包含了纯虚析构函数的类也是一个抽象类。不能够被实例化。

class Cat : public Animal {
public:
	Cat(string name)
	{
		cout << "Cat构造函数调用！" << endl;
		m_Name = new string(name);
	}
	virtual void Speak()
	{
		cout << *m_Name <<  "小猫在说话!" << endl;
	}
	~Cat()
	{
		cout << "Cat析构函数调用!" << endl;
		if (this->m_Name != NULL) {
			delete m_Name;
			m_Name = NULL;
		}
	}

public:
	string *m_Name;
};

void test01()
{
	Animal *animal = new Cat("Tom");
	animal->Speak();

	//通过父类指针去释放，会导致子类对象可能清理不干净，造成内存泄漏
	//怎么解决？给基类增加一个虚析构函数
	//虚析构函数就是用来解决通过父类指针释放子类对象
	delete animal;
}

int main() {

	test01();

	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

4.7.6 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

示例：

#include<iostream>
using namespace std;

//抽象CPU类
class CPU
{
public:
	//抽象的计算函数
	virtual void calculate() = 0;
};

//抽象显卡类
class VideoCard
{
public:
	//抽象的显示函数
	virtual void display() = 0;
};

//抽象内存条类
class Memory
{
public:
	//抽象的存储函数
	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;
	}

	//提供工作的函数
	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;
		}

		//释放内存条零件
		if (m_mem != NULL)
		{
			delete m_mem;
			m_mem = NULL;
		}
	}

private:

	CPU * m_cpu; //CPU的零件指针
	VideoCard * m_vc; //显卡零件指针
	Memory * m_mem; //内存条零件指针
};

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

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

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

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

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

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


void test01()
{
	//第一台电脑零件
	CPU * intelCpu = new IntelCPU;
	VideoCard * intelCard = new IntelVideoCard;
	Memory * intelMem = new IntelMemory;

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

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

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

}

5 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

5.1文本文件

5.1.1写文件

写文件步骤如下：

1. 包含头文件

   #include <fstream>

2. 创建流对象

   ofstream ofs;

3. 打开文件

   ofs.open("文件路径",打开方式);

4. 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	为写文件而打开文件
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，再创建
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

示例：

#include <fstream>

void test01()
{
	ofstream ofs;
	ofs.open("test.txt", ios::out);

	ofs << "姓名：张三" << endl;
	ofs << "性别：男" << endl;
	ofs << "年龄：18" << endl;

	ofs.close();
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

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

5.1.2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 <fstream>
#include <string>
void test01()
{
	ifstream ifs;
	ifs.open("test.txt", ios::in);

	if (!ifs.is_open())
	{
		cout << "文件打开失败" << endl;
		return;
	}

	//第一种方式
	//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;
	//}

	char c;
	while ((c = ifs.get()) != EOF)
	{
		cout << c;
	}

	ifs.close();


}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

总结：

• 读文件可以利用 ifstream ，或者fstream类
• 利用is_open函数可以判断文件是否打开成功
• close 关闭文件

5.2 二进制文件

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::binary==

5.2.1 写文件

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

示例：

#include <fstream>
#include <string>

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

//二进制文件  写文件
void test01()
{
	//1、包含头文件

	//2、创建输出流对象
	ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);
	
	//3、打开文件
	//ofs.open("person.txt", ios::out | ios::binary);

	Person p = {"张三"  , 18};

	//4、写文件
	ofs.write((const char *)&p, sizeof(p));

	//5、关闭文件
	ofs.close();
}

int main() {

	test01();

	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

5.2.2 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 <fstream>
#include <string>

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

void test01()
{
	ifstream ifs("person.txt", ios::in | ios::binary);
	if (!ifs.is_open())
	{
		cout << "文件打开失败" << endl;
	}

	Person p;
	ifs.read((char *)&p, sizeof(p));

	cout << "姓名： " << p.m_Name << " 年龄： " << p.m_Age << endl;
}

int main() {

	test01();

	system("pause");

	return 0;
}

• 文件输入流对象 可以通过read函数，以二进制方式读数据