C++核心编程--多态、纯虚函数、文件读写操作详解

C++核心编程(五)

1 类与对象

1.1 多态

1.1.1 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有区别：

• 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

#include <iostream>
using namespace std;

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

};
//狗类
class Dog :public Animal {
public:
void speak() {
cout << "小狗在说话" << endl;
}
};
//执行说话的函数
//地址早绑定，在编译阶段确定函数地址
//如果想执行让猫说话，那么这个函数地址就不能提前绑定，需要在运行阶段进行绑定，地址晚绑定

//动态多态满足条件：
//1、有继承关系
//2、子类要重写父类的虚函数

//动态多态使用
//父类的指针或者引用 指向子类对象
void doSpeak(Animal &animal) {//Animal&animal=cat;
animal.speak();

}
void test01() {
Cat cat;
doSpeak(cat);
Dog dog;
doSpeak(dog);

}
void test02() {
cout << "sizeof Animal=" << sizeof(Animal) << endl;//1
//如果没有virtual，非静态函数不在类对象上
//相当于空类，内存为1
//如果加上virtual，里面多了一个指针vfptr，此时内存为4
}
int main() {
// test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}

输出结果为：

深入剖析：

1.1.2 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
• 利于前期和后期的拓展及维护

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

//分别利用普通写法和多态技术实现计算器

//普通写法
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;
}
}
//如果想扩展新的功能，需要修改源码
//在真实的开发中，提倡开闭原则
//开闭原则：对扩展进行开放，对修改进行关闭

int m_Num1;//操作数1
int m_Num2;//操作数2
};
void test01() {
//创建计算器对象
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;
}//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、前期和后期扩展以及维护性高
//实现计算器抽象类
class AbstractCalculator {
public:
int m_Num1;
int m_Num2;
virtual int getResult() {
return 0;
}
};
//加法计算器类
class AddCalculate :public AbstractCalculator {
public:
int getResult() {
return m_Num1+m_Num2;
}
};
//减法计算器类
class SubCalculate :public AbstractCalculator {
public:
int getResult() {
return m_Num1 – m_Num2;
}
};
//乘法计算器类
class MulCalculate :public AbstractCalculator {
public:
int getResult() {
return m_Num1 * m_Num2;
}
};
void test02() {
//多态使用条件
//父类指针或者引用指向子类对象
//加法运算
AbstractCalculator* abc = new AddCalculate;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << "+" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
//用完后记得销毁
delete abc;
//减法运算
abc = new SubCalculate;//堆区数据被释放，指针类型没有变，还是父类的指针
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << "-" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
delete abc;
//乘法运算
abc = new MulCalculate;
abc->m_Num1 = 10;
abc->m_Num2 = 10;
cout << abc->m_Num1 << "*" << abc->m_Num2 << "=" << abc->getResult() << endl;
}

int main() {
//test01();
test02();
system("pause");
return 0;
}

输出结果为：

1.1.3 纯虚函数和抽象类

语法：virtual 返回值类型 函数名 (参数列表)=0；

当类中有了虚函数，这个类也叫抽象类

抽象类特点：

• 无法实例化对象
• 子类必须重写抽象类中的虚函数，否则也属于抽象类

#include <iostream>
using namespace std;

//纯虚函数和抽象类
class Base {
public:
//纯虚函数
//只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
//抽象类特点：
//1、无法实例化对象
//2、抽象类中的子类，必须要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函数调用" << endl;
}
};
void test01() {
// 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;//子子类没有重写也属于抽象类，无法实例化对象
Base* base = new Son;
base->func();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

1.1.4 多态案例2：制作饮品

案例描述：

饮品的制作流程：煮水–冲泡–倒入杯中–加入辅料

#include <iostream>
using namespace std;

//多态案例2–制作饮品
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;
//制作饮品
void makeDrink() {
Boil();
Brew();
PourInCup();
PutSomething();
}
};
//制作咖啡
class Coffee :public AbstractDrinking {
public:
//煮水
virtual void Boil() {
cout << "煮矿泉水" << 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 << "加入糖和牛奶" << endl;
}
};
//制作茶叶
class Tea :public AbstractDrinking {
public:
//煮水
virtual void Boil() {
cout << "煮沸水" << 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*abc) {
abc->makeDrink();
delete abc;//释放
}
void test01() {
//制作咖啡
doWork(new Coffee);
cout << "================" << endl;
//制作茶叶
doWork(new Tea);
}

int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

输出结果为：

1.1.5 虚析构和纯虚析构

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

虚析构和纯虚析构的区别：

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：

• 类内声明：virtual~类名()=0

• 类外实现： 类名：：~类名(){}

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

//虚析构和纯虚析构
class Animal {
public :
Animal() {
cout << "Animal构造函数调用" << endl;
}
//利用虚析构可以解决父类指针释放子类对象时不干净的问题
//virtual ~Animal() {
// cout << "Animal虚析构函数调用" << endl;
// }
//纯虚析构：需要声明也需要实现，类内声明类外实现
//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;
//纯虚析构
virtual void speak() = 0;
};
Animal::~Animal() {
cout << "Animal纯虚析构函数调用" << endl;
}
class Cat :public Animal {
public:
Cat(string name) {
//Cat构造函数调用
cout << "Cat构造函数调用" << endl;
m_Name = new string(name);

}
void speak() {
cout <<* m_Name<<"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 test01() {
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
delete animal;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

输出结果为：

总结：

• 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
• 如果子类中没有堆区数据，可以不用写为虚析构或纯虚析构
• 拥有纯虚析构函数的类也属于抽象类

1.1.6 多态案例3：电脑组装

分析例图：

#include <iostream>
using namespace std;

//抽象不同零件类
//抽象CPU类
class CPU {
public:
//抽象的计算的函数
virtual void calculate() = 0;
};
//抽象显卡类
class VideoCard {
public:
//抽象的显示的函数
virtual void display() = 0;
};
//抽象的内存条类
class Memory {
public:
//抽象的存储的函数
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 InteMemory : 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 InteMemory;
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;
//组装第二台电脑

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;
//组装第三台电脑

Computer* computer3 = new Computer(new LenovoCPU,new IntelVideoCard,new LenovoMemory);
computer3->work();
delete computer3;
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

输出结果为：

2 文件操作

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 (文件流)

文件类型分为两种：

• 文本文件–文件以文本的ASCII码形式存储在计算机中
• 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：

• ofstream：写操作(output 输出)
• ifstream：读操作(input 输入)
• fstream：读写操作

2.1 文本文件

2.1.1 写文件

写文件步骤如下：

​ofs.open(“文件路径”，打开方式);

​ofs.close();

文件打开方式：

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

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

//文本文件 写文件
void test01() {
//1、包含头文件 fstream
//2、创建流对象
ofstream ofs;
//3、指定打开方式
ofs.open("test.txt", ios::out);
//4、写内容
ofs << "姓名：yzx" << endl;
ofs << "性别：女" << endl;
//5、关闭文件
ofs.close();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

2.1.2 读文件

读文件步骤如下：

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

//文本文件 读文件
void test01() {
//1、创建头文件

//2、创建流对象
ifstream ifs;
//3、打开文件，并且判断是否打开成功
ifs.open("test.txt", ios::in);
if (!ifs.is_open()) {
cout << "文件打开失败" << endl;
return;
}
//4、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 文件尾标志
{
cout << c;
}

//5、关闭文件
ifs.close();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

2.2 二进制文件

以二进制de方式对文件进行读写操作

打开方式指定为ios::binary

2.2.1 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

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

//二进制文件 写文件
class Person {
public:

char m_Name[64];//姓名
int m_Age;

};
void test01() {
//1、包含头文件

//2、创建流对象
ofstream ofs("person.txt", ios::out | ios::binary);
//3、打开文件
// ofs.open("person.txt",ios::out|ios::binary);
//4、写文件
Person p = { "张三",18 };
ofs.write((const char*)&p, sizeof(Person));
//5、关闭文件
ofs.close();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}

2.2.2 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

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

class Person {
public:
char m_Nam[64];//姓名
int m_Age;
};
//二进制文件 读文件
void test01() {
//1、包含头文件

//2、创建流对象
ifstream ifs;
//3、打开文件 判断文件是否打开成功
ifs.open("Person.txt", ios::in | ios::binary);
if (!ifs.is_open()) {
cout << "文件打开失败" << endl;
return;
}
//4、读文件
Person p;
ifs.read((char*)&p, sizeof(Person));
cout << "姓名：" << p.m_Nam << endl;
cout << "年龄：" << p.m_Age << endl;
//5、关闭文件
ifs.close();
}
int main() {
test01();
system("pause");
return 0;
}