C/C++之面向?qū)ο缶幊趟枷?

運算符重載函數(shù)

運算符重載，就是對已有的運算符重新進行定義，賦予其另一種功能，簡化操作 讓已有的運算符 適應不同的數(shù)據(jù)類型 。

• 格式：

  重載+=號運算 ==>operator+=
  重載+運算符 ==>operator+ 
  ...
  

下面舉兩個運算符重載例子：

• 1.重載+號

  class Complex {
    public:
      Complex() {
  
      }
      double real, imag;
      Complex(double _real, double _imag):
          real(_real),imag(_imag)
      {
          cout << "real:" << real << " imag:" << imag << endl;
      }
      void print() {
          cout << "real:" << real << " imag:" << imag << endl;
      }
      Complex(const Complex& c) {
          real = c.real; imag = c.imag;
          cout << "complex copy" << endl;
      }
      //以全局函數(shù)的形式重載
      friend Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2);
  
  };
  Complex operator+(const Complex& c1, const Complex& c2) {
      Complex _c;
      _c.real = c1.real + c2.real;
      _c.imag = c1.imag + c2.imag;
      return _c;
  }
  Complex func() {
      Complex c(1.0, 2.0);
      Complex c1(2.0, 3.0);
      Complex c2 = c + c1;
      return c2;
  }
  
  void extendsTest::mainTest()
  {   
      cout << func().real << endl;
  };
  運行結(jié)果：
  real:1 imag:2
  real:2 imag:3
  complex copy
  complex copy
  3
  

• 2.重載+=號運算 代碼如下：

  class Complex {
    public:
      ...
      //成員函數(shù)重載
      Complex& operator+=(const Complex& c);
    };
  
  Complex & Complex::operator+=(const Complex& c1) {
      this->real += c1.real;
      this->imag += c1.imag;
      return *this;
  }
  Complex func() {
      Complex c(1.0, 2.0);
      Complex c1(2.0, 3.0);
      c += c1;
      return c;
  }
  void extendsTest::mainTest()
  {   
      cout << func().real << endl;
  };
  運行結(jié)果：
  real:1 imag:2
  real:2 imag:3
  complex copy
  3
  

運算符重載的限制

多數(shù)C++運算符都可以重載，重載的運算符不必是成員函數(shù)，但必須至少有一個操作數(shù)是用戶定義的類型。

• 1. 重載后的運算符必須至少有一個操作數(shù)是用戶定義的類型 ，防止用戶為標準類型重載運算符。如：不能將減法運算符(-)重載為計算兩個 double 值的和，而不是它們的差。雖然這種限制將對創(chuàng)造性有所影響，但可以確保程序正常運行。
• 2. 使用運算符時不能違反運算符原來的句法規(guī)則 。例如，不能將求模運算符(%)重載成使用一個操作數(shù)：int x;Time shiva;%x;%shiva;，且不能修改運算符的優(yōu)先級。
• 3. 不能創(chuàng)建新運算符 。例如，不能定義operator **()函數(shù)來表示求冪。

• 4.不能重載下面的運算符。

運算符重載涉及的知識點還是比較多的，后期文章會單獨出一期講解。

多態(tài)

多態(tài)是指：函數(shù)調(diào)用的多種形態(tài)，使用多態(tài)可以使得不同的對象去完成同一件事時，產(chǎn)生不同的動作和結(jié)果

C++中多態(tài)分為 靜態(tài)多態(tài)和動態(tài)多態(tài) ：

靜態(tài)多態(tài)

靜態(tài)多態(tài)的核心思想：對于相關的對象類型，直接實現(xiàn)他們各自的定義，不需要共有基類，甚至可以沒任何關系， 只需要各個具體類的實現(xiàn)中要求相同的接口聲明，這里的接口稱之為隱式接口?？蛻舳税巡僮鬟@些對象的函數(shù)定義為模板，當需要操作什么類型的對象時，直接對模板指定該類型實參即可（或通過實參演繹獲得） 。

在模板編程及泛型編程中，是以隱式接口和編譯器多態(tài)來實現(xiàn)靜態(tài)多態(tài)。

代碼如下：

class Circle {
public:
    void Draw() const{
        cout << "Circle draw" << endl;
    }
    int z;
};
class Rectangle {
public:
    void Draw() const{
        cout << "Rectangle draw" << endl;
    }
};
template<typename T>
void test(const T& t) {
    t.Draw();
}
void extendsTest::mainTest()
{   
    //cout << func().real << endl;
    Circle cir;
    test(cir);
    Rectangle rec;
    test(rec);
};

打印結(jié)果：
Circle draw
Rectangle draw

靜態(tài)多態(tài)本質(zhì)上就是模板的具現(xiàn)化， 靜態(tài)多態(tài)中的接口調(diào)用也叫做隱式接口 ，相對于顯示接口由函數(shù)的簽名式（也就是函數(shù)名稱、參數(shù)類型、返回類型）構成，隱式接口通常由有效表達式組成

動態(tài)多態(tài)

動態(tài)多態(tài)核心思想：對于相關的對象類型，確定它們之間的一個共同功能集，然后在基類中， 把這些共同的功能聲明為多個公共的虛函數(shù)接口。各個子類重寫這些虛函數(shù)， 以完成具體的功能?？蛻舳说拇a（操作函數(shù)）通過指向基類的引用或指針來操作這些對象， 對虛函數(shù)的調(diào)用會自動綁定到實際提供的子類對象上去。

動態(tài)多態(tài)是在運行期完成的，這造就了動態(tài)多態(tài)機制在處理異質(zhì)對象集合時的強大威力（當然，也有了一點點性能損失）。

如下代碼：

class Geometry {
public:
    virtual void Draw() const=0;
};
class Circle :public Geometry{
public:
    void Draw() const{
        cout << "Circle draw" << endl;
    }
    int z;
};
class Rectangle :public Geometry {
public:
    void Draw() const{
        cout << "Rectangle draw" << endl;
    }
};
void extendsTest::mainTest()
{   
    Circle cir;
    const Geometry* e1 = ○
    e1->Draw();
    Rectangle rec;
    const Geometry* e2 = &rec;
    e2->Draw();

};
打印結(jié)果：
Circle draw
Rectangle draw

//動態(tài)多態(tài)最吸引人之處在于處理異質(zhì)對象集合的能力

void DrawVec(std::vector
    {
        const size_t size = vecGeo.size();
        for(size_t i = 0; i < size; ++i)
            vecGeo[i]->Draw();
    }
}

動態(tài)多態(tài)本質(zhì)上就是面向?qū)ο笤O計中的繼承、多態(tài)的概念。動態(tài)多態(tài)中的接口是顯式接口（虛函數(shù)）

動態(tài)多態(tài)構成條件 ：

• 1.必須通過基類的指針或者引用調(diào)用虛函數(shù)。
• 2.被調(diào)用的函數(shù)必須是虛函數(shù)，且子類必須對父類的虛函數(shù)進行重寫。

動態(tài)多態(tài)實現(xiàn)原理:虛函數(shù)表

class Geometry {
public:
    virtual void Draw() const=0;
};
class Circle :public Geometry{
public:
    void Draw() const{
        cout << "Circle draw" << endl;
    }
    int z;
};
class Rectangle :public Geometry {
public:
    void Draw() const{
        cout << "Rectangle draw" << endl;
    }
};
void extendsTest::mainTest()
{   
    Circle cir;
    const Geometry* e1 = ○
    e1->Draw();

};

Circle對象中除了z成員變量外，實際上還有一個指針_vfptr放在對象的前面（有些平臺可能會放到對象的最后面，這個跟平臺有關）.

對象中的這個指針叫做虛函數(shù)表指針，簡稱虛表指針，虛表指針指向一個虛函數(shù)表，簡稱虛表，每一個含有虛函數(shù)的類中都至少有一個虛表指針。

#include 
using namespace std;
//父類
class Base
{
public:
    //虛函數(shù)
    virtual void Func1()
    {
        cout << "Base::Func1()" << endl;
    }
    //虛函數(shù)
    virtual void Func2()
    {
        cout << "Base::Func2()" << endl;
    }
    //普通成員函數(shù)
    void Func3()
    {
        cout << "Base::Func3()" << endl;
    }
private:
    int _b = 1;
};
//子類
class Derive : public Base
{
public:
    //重寫虛函數(shù)Func1
    virtual void Func1()
    {
        cout << "Derive::Func1()" << endl;
    }
private:
    int _d = 2;
};
int main()
{
    Base b;
    Derive d;
    return 0;
}

虛表當中存儲的就是虛函數(shù)的地址，因為父類當中的Func1和Func2都是虛函數(shù)，所以父類對象b的虛表當中存儲的就是虛函數(shù)Func1和Func2的地址。而子類雖然繼承了父類的虛函數(shù)Func1和Func2，但是子類對父類的虛函數(shù)Func1進行了重寫，因此，子類對象d的虛表當中存儲的是父類的虛函數(shù)Func2的地址和重寫的Func1的地址。

這就是為什么虛函數(shù)的重寫也叫做覆蓋，覆蓋就是指虛表中虛函數(shù)地址的覆蓋，重寫是語法的叫法，覆蓋是原理層的叫法。

虛函數(shù)表本質(zhì)是一個存虛函數(shù)指針的指針數(shù)組，一般情況下會在這個數(shù)組最后放一個nullptr。

當滿足多態(tài)條件以后，父類的指針或引用調(diào)用虛函數(shù)時，不是編譯時確定的，而是運行時到指向的對象中的虛表中去找對應的虛函數(shù)調(diào)用，并且引用的底層也是由指針實現(xiàn)，父類在指向子類時會發(fā)生切片。 所以指針指向父類的對象，調(diào)用的就是父類的虛函數(shù)，指向的是子類對象，調(diào)用的就是子類的虛函數(shù)。

動態(tài)多態(tài)和靜態(tài)多態(tài)的比較

靜態(tài)多態(tài)優(yōu)點：

靜態(tài)多態(tài)是在編譯期完成，因此效率高，編譯器可以進行優(yōu)化。 有很強的是適配性和松耦合性。 最重要一點 通過模板編程為C++帶來了泛型設計的概念 ，比如強大的STL庫

靜態(tài)多態(tài)缺點：

由于是模板來實現(xiàn)靜態(tài)多態(tài)，因此 模板的不足也就是靜多態(tài)的劣勢 ，比如調(diào)試困難、編譯耗時、代碼膨脹、編譯器支持的兼容性，不能夠處理異質(zhì)對象集合。

動態(tài)多態(tài)優(yōu)點:

OO設計，對是客觀世界的直覺認識；

實現(xiàn)與接口分離，可復用；

處理同一繼承體系下異質(zhì)對象集合的強大威力 ；

動態(tài)多態(tài)缺點：

運行期綁定，導致一定程度的運行時開銷 ；

編譯器無法對虛函數(shù)進行優(yōu)化；

笨重的類繼承體系，對接口的修改影響整個類層次；

不同點：

本質(zhì)不同，靜態(tài)多態(tài)在編譯期決定，由模板具現(xiàn)完成，而動態(tài)多態(tài)在運行期決定，由繼承、虛函數(shù)實現(xiàn)；

動態(tài)多態(tài)中接口是顯式的，以函數(shù)簽名為中心，多態(tài)通過虛函數(shù)在運行期實現(xiàn)，靜態(tài)多臺中接口是隱式的，以有效表達式為中心，多態(tài)通過模板具現(xiàn)在編譯期完成。

相同點：

都能夠?qū)崿F(xiàn)多態(tài)性，靜態(tài)多態(tài)/編譯期多態(tài)、動態(tài)多態(tài)/運行期多態(tài)；

都能夠使接口和實現(xiàn)相分離，一個是模板定義接口，類型參數(shù)定義實現(xiàn)，一個是基類虛函數(shù)定義接口，繼承類負責實現(xiàn)；

總結(jié)

本篇文章詳解講解了C++中的面向?qū)ο缶幊痰娜筇匦裕?strong>封裝，繼承以及多態(tài) 以及對象編程中模板編程，虛函數(shù)，構造函數(shù)，析構函數(shù)，拷貝構造，操作符重載等知識 ， 知識點還是比較多的，需要好好消化下。