《C++面向对象进阶》课件

《面向对象进阶》C++本课程旨在深入探讨面向对象编程的高级概念和技术，通过学习类和C++对象、继承、多态、异常处理、模板和新特性，使学员能够编写高C++11效、健壮、可维护的代码课程内容涵盖了面向对象编程的核心知C++C++识点，并通过丰富的实例和案例分析，帮助学员理解和掌握这些知识点内容概述本课程内容涵盖类和对象、继承、多态、异常处理、模板和新特性等核心知识点通过学习这些内容，学员可以掌握面向对象编程的C++C++11C++高级概念和技术，能够编写出高质量的代码本课程还会介绍的新特性，例如关键字、关键字、表达式、右值引用C++C++11auto decltype lambda和移动语义等，帮助学员了解的最新发展趋势C++类与对象继承与多态异常处理深入理解类的定义、声明、成员函数、封装和掌握单继承、多继承、虚函数、纯虚函数和抽学习的异常处理机制，包括标准异常、自C++隐藏，以及构造函数、析构函数和拷贝构造函象类，以及多态的原理和实现定义异常类和异常规范说明数的类和对象C++是一种面向对象的编程语言，类和对象是面向对象编程的核心概念类是对象的抽象，它定义了对象的属性和行为对象C++C++是类的实例，它包含了类中定义的属性和行为的具体实现通过类和对象，可以将复杂的问题分解成更小的、易于管理的模块，提高代码的可重用性和可维护性理解的类和对象对于掌握面向对象编程至关重要在后续的学习中，我们将深入探讨类的定义、声明、成员函数、封装和C++C++隐藏，以及构造函数、析构函数和拷贝构造函数等概念定义对象类是具有相同属性和行为的对象的抽象对象是类的实例，包含了类中定义的属性和行为的具体实现类的定义和声明在中，类必须先定义后使用类的定义包括类名、成员变量和成员函数的声C++明类声明的作用是告诉编译器类的存在，但并不分配内存空间类定义和声明是面向对象编程的基础，需要掌握其语法和使用方法C++类的定义通常放在头文件中，以便在多个源文件中使用类的声明可以放在头文件中，也可以放在源文件中当需要在源文件中使用类时，必须包含类的头文件定义声明12使用关键字，包含类名、使用关键字，只包含类class class成员变量和成员函数的声明名，用于告知编译器类的存在头文件3类的定义通常放在头文件中，以便在多个源文件中使用类成员函数类成员函数是定义在类中的函数，它可以访问类的所有成员变量，包括公有成员变量、私有成员变量和保护成员变量类成员函数是实现类行为的重要手段，通过类成员函数可以操作对象的状态，实现对象的功能类成员函数可以分为普通成员函数、静态成员函数和虚函数普通成员函数必须通过对象来调用，静态成员函数可以通过类名或对象来调用，虚函数用于实现多态普通成员函数静态成员函数虚函数必须通过对象来调用，可以访问类的所有可以通过类名或对象来调用，只能访问类用于实现多态，可以通过基类指针或引用成员变量的静态成员变量来调用派生类的函数封装和隐藏封装和隐藏是面向对象编程的重要概念，它们可以提高代码的安全性和可维护性封装是将对象的属性和行为组合成一个独立的单元，隐藏是将对象的内部实现细节隐藏起来，只对外提供必要的接口在中，可以使用访问控制符（、和）来实现封装和隐藏公有C++public privateprotected成员可以被类的外部访问，私有成员只能被类的内部访问，保护成员可以被类的内部和派生类访问封装1将对象的属性和行为组合成一个独立的单元隐藏2将对象的内部实现细节隐藏起来，只对外提供必要的接口访问控制符3使用、和来控制成员的访问权限public privateprotected构造函数和析构函数构造函数和析构函数是类中特殊的成员函数，它们分别用于创建和销毁对象构造函数在对象创建时自动调用，用于初始化对象的状态析构函数在对象销毁时自动调用，用于释放对象占用的资源构造函数可以有多个，只要它们的参数列表不同即可，这称为构造函数重载析构函数只能有一个，它没有参数，也没有返回值构造函数析构函数重载在对象创建时自动调用，用于初始化对象的状态在对象销毁时自动调用，用于释放对象占用的资构造函数可以有多个，只要它们的参数列表不同源即可拷贝构造函数拷贝构造函数是一种特殊的构造函数，它用于创建一个对象的副本拷贝构造函数在以下情况下被调用使用一个对象初始化另一个对象、将对象作为参数传递给函数、函数返回对象如果类中没有定义拷贝构造函数，编译器会自动生成一个默认的拷贝构造函数，它会逐个复制对象的成员变量但是，如果类中包含指针类型的成员变量，默认的拷贝构造函数可能会导致指针悬挂问题，因此需要自定义拷贝构造函数对象初始化21创建副本函数参数传递3运算符重载运算符重载是指重新定义中已有的运算符，使其能够用于自定义的类类型通过运算符重载，可以使自定义类的对象像内置C++类型一样进行运算，提高代码的可读性和易用性可以重载的运算符包括算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、赋值运算符等运算符重载的本质是函数调用，因此需要注意运算符重载的语法和语义可读性1易用性2自定义类型运算3继承基础继承是面向对象编程的重要特性，它允许创建一个新的类，从已有的类中继承属性和行为已有的类称为基类或父类，新的类称为派生类或子类继承可以提高代码的重用性和可扩展性在中，可以使用继承来实现代码的复用和扩展继承可以分为单继承和多继承单继承是指一个派生类只能从一个基类继承，C++多继承是指一个派生类可以从多个基类继承提高重用性1扩展性2代码复用3单继承单继承是指一个派生类只能从一个基类继承单继承是继承的最简单形式，它易于理解和使用在单继承中，派生类继承基类的所有公有成员和保护成员，私有成员不能被派生类访问单继承可以实现代码的复用和扩展派生类可以添加新的成员变量和成员函数，也可以重写基类的成员函数，以实现不同的行为简单易于理解和使用复用继承基类的公有和保护成员扩展可以添加新的成员变量和成员函数多继承多继承是指一个派生类可以从多个基类继承多继承可以实现更灵活的代码复用和扩展在多继承中，派生类继承所有基类的公有成员和保护成员，私有成员不能被派生类访问多继承可能会导致命名冲突和二义性问题，因此在使用多继承时需要谨慎可以使用虚继承来解决多继承中的二义性问题灵活冲突可以从多个基类继承，实现更灵活的代码复用和扩展可能导致命名冲突和二义性问题，需要谨慎使用虚函数和虚函数表虚函数是中实现多态的重要机制虚函数是指在基类中声明为C++virtual的函数，它可以被派生类重写当通过基类指针或引用调用虚函数时，会根据对象的实际类型来决定调用哪个函数，这称为动态绑定虚函数的实现依赖于虚函数表虚函数表是一个存储虚函数地址的表，每个包含虚函数的类都有一个虚函数表对象的虚函数指针指向该类的虚函数表动态绑定virtual12使用关键字声明虚根据对象的实际类型来决定virtual函数调用哪个函数虚函数表3存储虚函数地址的表，每个包含虚函数的类都有一个纯虚函数和抽象类纯虚函数是指在基类中声明但没有定义的虚函数包含纯虚函数的类称为抽象类抽象类不能被实例化，只能作为基类来派生新的类派生类必须重写基类中的所有纯虚函数，才能被实例化纯虚函数和抽象类是中实现接口的重要手段通过纯虚函数和抽象类，C++可以定义一组接口规范，要求派生类必须实现这些接口纯虚函数抽象类在基类中声明但没有定义的虚包含纯虚函数的类，不能被实函数，用表示例化=0接口规范纯虚函数和抽象类是中实现接口的重要手段C++多态原理和实现多态是指同一种行为可以有多种不同的表现形式多态是面向对象编程的重要特性，它可以提高代码的灵活性和可扩展性在中，多态通过虚函数来实现当通过基类指针或引用调用虚函数时，会根据对C++象的实际类型来决定调用哪个函数，这称为动态绑定通过动态绑定，可以实现同一种行为的多种不同表现形式定义1同一种行为可以有多种不同的表现形式虚函数2中多态通过虚函数来实现C++动态绑定3根据对象的实际类型来决定调用哪个函数动态绑定动态绑定是指在程序运行时确定要调用的函数在中，动态绑定通过虚函数来实C++现当通过基类指针或引用调用虚函数时，会根据对象的实际类型来决定调用哪个函数，这称为动态绑定动态绑定可以提高代码的灵活性和可扩展性通过动态绑定，可以在运行时选择不同的实现方式，而无需修改代码运行时确定在程序运行时确定要调用的函数虚函数中动态绑定通过虚函数来实现C++灵活性和可扩展性可以在运行时选择不同的实现方式，而无需修改代码虚析构函数虚析构函数是指在基类中声明为的析构函数虚析构函数主要用于解决通过基类指针删除派生类对象时可能导致的内存泄漏问题virtual如果基类的析构函数不是虚函数，那么通过基类指针删除派生类对象时，只会调用基类的析构函数，而不会调用派生类的析构函数，从而导致派生类对象占用的资源没有被释放建议将基类的析构函数声明为虚函数，以确保在删除派生类对象时能够正确地释放资源内存泄漏2解决通过基类指针删除派生类对象时可能导致的内存泄漏问题virtual1在基类中声明为的析构函数virtual资源释放确保在删除派生类对象时能够正确地释放资3源友元函数和友元类友元函数和友元类是指可以访问类的私有成员的函数和类友元关系是一种特殊的访问权限，它可以让指定的函数或类访问类的私有成员友元关系破坏了类的封装性，因此在使用友元关系时需要谨慎只有在必要的情况下才应该使用友元关系访问私有成员1特殊访问权限2破坏封装性3静态成员变量和函数静态成员变量是指属于类的所有对象的共享变量静态成员变量在内存中只有一份拷贝，所有对象都可以访问和修改它静态成员函数是指属于类的函数，它可以访问类的静态成员变量，但不能访问类的非静态成员变量静态成员函数可以通过类名或对象来调用共享变量1属于类的所有对象的共享变量一份拷贝2在内存中只有一份拷贝类名或对象调用3静态成员函数可以通过类名或对象来调用指针this指针是指向当前对象的指针指针是类成员函数的一个隐含参数，它指向调用该函数的对象通过指针，可以访问对this thisthis象的成员变量和成员函数指针主要用于以下情况区分成员变量和局部变量、在成员函数中返回对象本身this区分变量区分成员变量和局部变量返回对象在成员函数中返回对象本身对象的内存模型对象的内存模型是指对象在内存中的存储方式对象的内存模型包括对象的成员变量和虚函数指针对象的成员变量按照声明的顺序存储在内存中，虚函数指针指向该类的虚函数表理解对象的内存模型对于理解的面向对象特性至关重要通过对象的内存模型，可以了解对象的成员变量是如何存储的，虚C++函数是如何实现的，以及多态是如何工作的成员变量虚函数指针按照声明的顺序存储在内存中指向该类的虚函数表保护和保护继承保护成员是指只能被类的内部和派生类访问的成员保护继承是指派生类以的方式继承基类在保护继承中，基类的公protected有成员在派生类中变为保护成员，基类的保护成员在派生类中仍然是保护成员，基类的私有成员不能被派生类访问保护继承可以控制派生类对基类成员的访问权限，提高代码的安全性和可维护性保护成员保护继承控制访问权限123只能被类的内部和派生类访问的成派生类以的方式继承基可以控制派生类对基类成员的访问protected员类权限类的静态类型和动态类型类的静态类型是指在编译时确定的类型，类的动态类型是指在运行时确定的类型对象的静态类型是声明该对象的类型，对象的动态类型是该对象实际指向的类型静态类型和动态类型在多态中起着重要的作用在调用虚函数时，会根据对象的动态类型来决定调用哪个函数，这称为动态绑定静态类型动态类型在编译时确定的类型在运行时确定的类型多态在调用虚函数时，会根据对象的动态类型来决定调用哪个函数动态类型转换动态类型转换是指在运行时将一个对象的类型转换为另一个类型在中，可以使用C++运算符来进行动态类型转换运算符只能用于具有虚函数的类dynamic_cast dynamic_cast类型，它可以将一个基类指针或引用转换为派生类指针或引用如果转换失败，对于指针类型会返回，对于引用类型会抛出dynamic_cast nullptr异常std::bad_cast运行时转换1在运行时将一个对象的类型转换为另一个类型dynamic_cast2使用运算符来进行动态类型转换dynamic_cast转换失败3对于指针类型会返回，对于引用类型会抛出异常nullptr std::bad_cast和dynamic_cast typeid运算符用于进行动态类型转换，它只能用于具有虚函数的类类型dynamic_cast运算符用于获取对象的类型信息，它可以用于任何类型typeid运算符可以在运行时检查类型转换是否安全，如果转换不安全会返回dynamic_cast或抛出异常运算符只能获取对象的静态类型，不能获取对象的动态类nullptr typeid型dynamic_cast用于动态类型转换，只能用于具有虚函数的类类型typeid用于获取对象的类型信息，可以用于任何类型类型安全可以在运行时检查类型转换是否安全dynamic_cast智能指针智能指针是一种特殊的指针，它可以自动管理所指向的对象的生命周期，从而避免内存泄漏问题中常用的智能指针包括、C++auto_ptr、和unique_ptr shared_ptr weak_ptr已经被标准废弃，建议使用、和来代替拥有对对象的独占所有权，auto_ptr C++11unique_ptr shared_ptr weak_ptr auto_ptr unique_ptr允许多个指针共享对对象的所有权，是指向所管理对象的弱引用，它不会增加对象的引用计数shared_ptr weak_ptr shared_ptr避免泄漏21自动管理常用类型3异常处理异常处理是一种处理程序运行时错误的机制在中，可以使用块来捕获和处理异常块包含可能抛出异常的代码，C++try-catch try块包含处理异常的代码当块中的代码抛出异常时，会跳转到匹配的块来处理异常catch trycatch异常处理可以提高程序的健壮性和可靠性通过异常处理，可以避免程序因运行时错误而崩溃，并可以提供友好的错误提示健壮性1可靠性2错误提示3标准异常标准库提供了一组标准的异常类，用于表示常见的运行时错误这些标准异常类都继承自类常用的标准异常C++std::exception类包括、、和等std::bad_alloc std::bad_cast std::out_of_range std::runtime_error可以通过捕获标准异常类来处理常见的运行时错误，并可以自定义异常类来表示特定的错误继承1std::exception常见类型2处理运行时错误3自定义异常类自定义异常类是指用户根据需要定义的异常类自定义异常类可以继承自类或其派生类通过自定义异常类，可以表示特定的错误，std::exception并可以提供更多的错误信息建议在自定义异常类中提供方法，用于返回错误信息可以通过捕获自定义异常类来处理特定的错误，并可以提供友好的错误提示what继承继承自类或其派生类std::exception特定错误表示特定的错误错误信息提供更多的错误信息异常规范说明异常规范说明是指在函数声明中指定函数可能抛出的异常类型在之前，可以使用规范来指定函数可能抛出的异常C++11throw类型但是，规范已经被标准废弃，建议使用规范来代替规范throw C++11noexcept throw规范用于指定函数不会抛出任何异常如果函数声明了规范，但在运行时抛出了异常，程序会立即终止noexcept noexcept已废弃thrownoexcept在之前使用，指定函数可能抛出的异常类型指定函数不会抛出任何异常，如果抛出异常程序会立即终止C++11异常处理策略异常处理策略是指处理异常的方法常用的异常处理策略包括终止程序、重试操作、替换操作和继续执行终止程序是最简单的异常处理策略，但它会导致程序崩溃重试操作是指重新执行可能抛出异常的代码，但它可能会导致死循环替换操作是指用另一个操作来代替可能抛出异常的操作，但它可能会导致数据丢失继续执行是指忽略异常，继续执行程序的后续代码，但它可能会导致程序出现不可预料的错误选择合适的异常处理策略需要根据具体的应用场景来决定终止程序1最简单的策略，但会导致程序崩溃重试操作2可能会导致死循环替换操作3可能会导致数据丢失继续执行4可能会导致程序出现不可预料的错误新特性简介C++11是标准的一个重要版本，它引入了许多新的特性，可以提高的编程效率和代码质量常用的新特性包括C++11C++C++C++11auto关键字、关键字、表达式、右值引用和移动语义等decltypelambda学习新特性可以帮助你编写更现代、更高效的代码C++11C++关键字关键字表达式auto decltypelambda自动类型推导获取表达式类型匿名函数关键字auto关键字用于自动类型推导在使用关键字声明变量时，编译器会根据变量的初始化auto auto表达式来自动推导出变量的类型关键字可以简化代码，提高编程效率auto关键字主要用于以下情况类型名称太长或太复杂、类型名称可以从初始化表达式中推auto导出来自动类型推导1编译器会根据变量的初始化表达式来自动推导出变量的类型简化代码2可以简化代码，提高编程效率适用场景3类型名称太长或太复杂，类型名称可以从初始化表达式中推导出来关键字decltype关键字用于获取表达式的类型关键字可以用于声明变量、定义函decltype decltype数返回值类型等关键字可以获取表达式的类型，而不需要实际执行表达式decltype关键字主要用于以下情况需要获取表达式的类型、需要在编译时确定类型decltype获取表达式类型关键字可以获取表达式的类型decltype编译时确定需要在编译时确定类型使用场景声明变量、定义函数返回值类型等表达式lambda表达式是一种匿名函数表达式可以用于简化代码，提高编程效率表达式可以捕获外部变量，并在函数内部使lambda lambdalambda用这些变量表达式主要用于以下情况需要定义一个简单的函数、需要在函数内部使用外部变量lambda简化代码21匿名函数捕获外部变量3右值引用和移动语义右值引用是指向右值（临时对象）的引用移动语义是指将右值对象的所有权转移给另一个对象，而不是复制对象右值引用和移动语义可以提高程序的性能，减少内存分配和复制的开销右值引用和移动语义主要用于以下情况需要提高程序的性能、需要减少内存分配和复制的开销性能1减少开销2所有权转移3完美转发完美转发是指将函数的参数完整地传递给另一个函数，包括参数的类型和值类别（左值或右值）完美转发可以用于编写通用的函数模板，可以处理各种类型的参数完美转发主要依赖于函数模板函数模板可以根据参数的值类别，将其转换为左值引用或右值引用std::forward std::forward完整传递1通用模板23std::forward初始化列表初始化列表是指在构造函数中使用冒号来初始化成员变量初始化列表:可以提高程序的性能，特别是对于成员变量和引用成员变量，必须使const用初始化列表来初始化初始化列表的执行顺序是按照成员变量的声明顺序，而不是按照初始化列表中的顺序性能提升特别是对于和引用成员变const量必须使用成员变量和引用成员变量const必须使用初始化列表来初始化模板基础模板是一种泛型编程技术，可以用于编写通用的函数和类模板可以提高代码的重用性和可维护性在中，可以使用函数模C++板和类模板来定义模板模板的本质是代码生成器在使用模板时，编译器会根据模板参数生成特定的函数或类泛型编程代码生成器一种泛型编程技术，可以用于编写通用的函数和类模板的本质是代码生成器在使用模板时，编译器会根据模板参数生成特定的函数或类函数模板函数模板是一种通用的函数定义，可以用于处理不同类型的参数函数模板可以提高代码的重用性和可维护性在使用函数模板时，编译器会根据模板参数生成特定的函数函数模板可以使用显式模板参数和隐式模板参数显式模板参数是在函数调用时显式指定的模板参数，隐式模板参数是编译器根据函数参数自动推导出来的模板参数通用函数显式和隐式12一种通用的函数定义，可以函数模板可以使用显式模板用于处理不同类型的参数参数和隐式模板参数代码重用3可以提高代码的重用性和可维护性类模板类模板是一种通用的类定义，可以用于处理不同类型的成员变量类模板可以提高代码的重用性和可维护性在使用类模板时，编译器会根据模板参数生成特定的类类模板可以用于定义通用的数据结构，例如链表、栈和队列等通用类数据结构一种通用的类定义，可以用于可以用于定义通用的数据结构，处理不同类型的成员变量例如链表、栈和队列等代码重用可以提高代码的重用性和可维护性模板特化模板特化是指为特定的模板参数提供不同的实现模板特化可以用于优化代码，提高程序的性能在中，可以使用全特化和偏特化来定义模板特化C++全特化是指为所有的模板参数提供特定的实现，偏特化是指为部分的模板参数提供特定的实现不同实现1为特定的模板参数提供不同的实现代码优化2用于优化代码，提高程序的性能全特化和偏特化3可以使用全特化和偏特化来定义模板特化总结与提示本课程深入探讨了面向对象编程的高级概念和技术，包括类和对象、继承、多态、C++异常处理、模板和新特性通过学习这些内容，学员可以掌握面向对象编C++11C++程的核心知识点，能够编写出高质量的代码C++希望本课程能够帮助你更好地理解和掌握面向对象编程，并在实际应用中发挥作C++用继续深入学习和实践，不断提高自己的编程能力核心知识点掌握面向对象编程的核心知识点C++高质量代码能够编写出高质量的代码C++持续学习继续深入学习和实践，不断提高自己的编程能力。