从零开始学编程---C++篇（4）

第四天 C++核心编程（3）

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

//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。
#include<iostream>
using namespace std;
class Animal
{
public:
  Animal();
  ~Animal();
  virtual void speak()
  {
    cout << "动物在说话" << endl;
  }
};
class Cat:public Animal
{
public:
  Cat();
  ~Cat();
  void speak()
  {
    cout << "小猫在说话" << endl;
  }
};
class Dog:public Animal
{
public:
  Dog();
  ~Dog();
  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& an)
{
  an.speak();
}
void test01()
{
  Cat c;
  dospeak(c);
  Dog d;
  dospeak(d);
}
//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
Dog::Dog()
{
}

Dog::~Dog()
{
}

Cat::Cat()
{
}

Cat::~Cat()
{
}
Animal::Animal()
{
}

Animal::~Animal()
{
}
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

普通实现：

#include<iostream>
using namespace std;
class Calculator
{
public:
  Calculator();
  ~Calculator();
  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;
    }
  }

public:
  int m_num1;
  int m_num2;

};

Calculator::Calculator()
{
}

Calculator::~Calculator()
{
}
void test01()
{
  Calculator c;
  c.m_num1 = 10;
  c.m_num2 = 10;
  int ret=c.getResult("+");
  int ret2 = c.getResult("-");
  int ret3 = c.getResult("*");
  cout << "ret=" << ret << endl;
  cout << "ret2=" << ret2 << endl;
  cout << "ret3=" << ret3 << endl;

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

多态实现：

//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
#include<iostream>
using namespace std;
class AbstractCalculator
{
public:
  AbstractCalculator();
  ~AbstractCalculator();
  virtual int result()
  {
    return 0;
  }
public:
  int m_num1;
  int m_num2;

};

AbstractCalculator::AbstractCalculator()
{
}

AbstractCalculator::~AbstractCalculator()
{
}
class AddCalculator:public AbstractCalculator
{
public:
  AddCalculator();
  ~AddCalculator();
  int result()
  {
    return m_num1 + m_num2;
  }


};

AddCalculator::AddCalculator()
{
}

AddCalculator::~AddCalculator()
{
}
class SubCaculator:public AbstractCalculator
{
public:
  SubCaculator();
  ~SubCaculator();
  int result()
  {
    return m_num1 - m_num2;
  }
};

SubCaculator::SubCaculator()
{
}

SubCaculator::~SubCaculator()
{
}
class MulCaculator:public AbstractCalculator
{
public:
  MulCaculator();
  ~MulCaculator();
  int result()
  {
    return m_num1 * m_num2;
  }
};

MulCaculator::MulCaculator()
{
}

MulCaculator::~MulCaculator()
{
}
void test01()
{
  AbstractCalculator* abc = new AddCalculator;
  abc->m_num1 = 10;
  abc->m_num2 = 10;
  cout << "m_num1+m_num2=" << abc->result() << endl;
  delete abc;
     abc = new SubCaculator;
  abc->m_num1 = 20;
  abc->m_num2 = 10;
  cout << "m_num1-m_num2=" << abc->result() << endl;
  delete abc;
   abc = new MulCaculator;
  abc->m_num1 = 10;
  abc->m_num2 = 10;
  cout << "m_num1*m_num2=" << abc->result() << endl;
  delete abc;
}
int main()
{
  test01();
  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

//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
#include<iostream>
using namespace std;
class Base
{
public:
  Base();
  ~Base();
  virtual void func() = 0;

};

Base::Base()
{
}

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

};

Son::Son()
{
}

Son::~Son()
{
}
void test()
{
  Base* base = NULL;
  base = new Son;
  base->func();
  delete base;
}
int main()
{
  test();
  system("pause");
  return 0;
}

4.7.7 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

#include<iostream>
using namespace std;
class MakeDrinking
{
public:
  MakeDrinking();
  ~MakeDrinking();
  virtual void boil() = 0;
  virtual void brew() = 0;
  virtual void pourInCup() = 0;
  virtual void putSomething() = 0;
  void dodd()
  {
    boil();
    brew();
    pourInCup();
    putSomething();
  }

};

MakeDrinking::MakeDrinking()
{
}

MakeDrinking::~MakeDrinking()
{
}
class Tea:public MakeDrinking
{
public:
  Tea();
  ~Tea();
  virtual void boil()
  {
    cout << "煮沸农夫山泉" << endl;
  }
  virtual void brew()
  {
    cout << "冲泡茶叶" << endl;
  }
  virtual void pourInCup()
  {
    cout << "倒入杯中" << endl;
  }
  virtual void putSomething()
  {
    cout << "加入柠檬片" << endl;
  }


};

Tea::Tea()
{
}

Tea::~Tea()
{
}
class Coffee:public MakeDrinking
{
public:
  Coffee();
  ~Coffee();
  virtual void boil()
  {
    cout << "煮沸百岁山" << endl;
  }
  virtual void brew()
  {
    cout << "冲泡咖啡粉" << endl;
  }
  virtual void pourInCup()
  {
    cout << "倒入杯中" << endl;
  }
  virtual void putSomething()
  {
    cout << "加入牛奶" << endl;
  }

};

Coffee::Coffee()
{
}

Coffee::~Coffee()
{
}
void Making(MakeDrinking* md)
{
  md->dodd();
  delete md;
}
void test()
{
  Making(new Tea);
  cout << "-----------------" << endl;
  Making(new Coffee);
}
int main()
{
  test();
  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(){}​​

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
class Animal
{
public:
  Animal();
  virtual void speak() = 0;
  virtual ~Animal()=0;

};

Animal::Animal()
{
  cout << "Animal构造函数的调用" << endl;
}

Animal::~Animal()
{
  cout << "Animal纯虚析构函数的调用" << endl;
  
}
class Cat:public Animal
{
public:
  Cat();
  Cat(string s);
  ~Cat();
  virtual void speak()
  {
    cout << *m_name << "小猫正在说话" << endl;
  }
public:
  string* m_name;
};

Cat::Cat()
{
}
Cat::Cat(string s)
{
  cout<< "Cat构造函数调用！" << endl;
  m_name = new string(s);

}
Cat::~Cat()
{
  cout << "cat析构函数的调用" << endl;
  if (m_name!=NULL)
  {
    delete m_name;
    m_name = NULL;
  }
}
void test01()
{
  Animal* an = new Cat("tom");
  an->speak();
  delete an;
}
int main()
{
  test01();
  system("pause");
  return 0;
}

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

#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;

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

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​​

#include<fstream>
using namespace std;
void test()
{
  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()
{
  test();
  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();

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

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

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