C++学习笔记（十）（多态，文件操作）

本笔记主要来源于教程https://www.bilibili.com/video/av41559729?p=1

4.7 多态

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–编译阶段确认函数地址
• 动态多态的函数地址晚绑定–运行阶段确认函数地址

下面通过案例进行讲解多态

//多态
//动物类
class Animal
{
public:
    //虚函数
    virtual void speak()
    {
        cout << "动物在说话" << endl;
    }
};
//猫类
class Cat :public Animal
{
public:
    //重写 函数的返回值类型 函数名和参数列表要完全相同
    void speak()
    {
        cout << "小猫在说话" << endl;
    }
};
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 在编译阶段就确定了函数地址
//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、子类重写父类的虚函数

//动态多态使用
//父类的指针或引用 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);
}
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

多态的原理剖析

4.7.2 多态案例——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

//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
        //在真实开发中 提倡 开闭原则
        //开闭原则：对拓展进行开放，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、对于前期和后期拓展以及维护性高

//实现计算器抽象类
class AbstractCalculator
{
public:
    virtual int getResult()
    {
        return 0;
    }

    int m_Num1;
    int m_Num2;
};

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

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

};
//乘法计算器类
class MulCalculate :public AbstractCalculator
{
public:
    virtual 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;
    //堆区数据用完后记得销毁
    delete abc;

    //减法运算
    abc = new SubCalculate;
    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;
    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，主要都是调用子类中重写的内容

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，这个类也成为抽象类

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

//纯虚函数和和抽象类

class Base
{
public:
    //纯虚函数
    //只要有一个纯虚函数，这个类称为抽象类
    //1、无法实例化对象  Base b;或者new Base b;都不允许
    //2、抽象类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 *base = new Son;
    base->func();
}

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。

//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 PoutInCup() = 0;
    //加入辅料
    virtual void PutSomething() = 0;
    //制作饮品
    void MakeDrink()
    {
        Boil();
        Brew();
        PoutInCup();
        PutSomething();
    }

};
//制作咖啡
class Coffee :public AbstractDrinking
{

    virtual void Boil()
    {
        cout << "煮农夫山泉" << endl;
    }

    virtual void Brew()
    {
        cout << "冲泡咖啡" << endl;
    }

    virtual void PoutInCup()
    {
        cout << "倒入杯中" << endl;
    }

    virtual void PutSomething()
    {
        cout << "加入糖和牛奶" << endl;
    }

};

//制作茶叶
class Tea :public AbstractDrinking
{

    virtual void Boil()
    {
        cout << "煮矿泉水" << endl;
    }

    virtual void Brew()
    {
        cout << "冲泡茶叶" << endl;
    }

    virtual void PoutInCup()
    {
        cout << "倒入杯中" << endl;
    }

    virtual void PutSomething()
    {
        cout << "加入柠檬" << endl;
    }

};
void doWork(AbstractDrinking *abs)
{
    abs->MakeDrink();
    delete abs;//记得释放
}
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;

}

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；

//虚析构和纯虚析构

class Animal
{

public:
    Animal()
    {
        cout << "Animal的构造函数调用" << 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的虚析构函数调用" << endl;       
    //}

    //纯虚析构 需要声明也需要实现
    //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;
    //纯虚函数
    virtual void speak() = 0;
};

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

}
class Cat :public Animal
{
public:
    Cat(string name)
    {
        cout << "Cat的构造函数调用" << endl;
        m_Name = new string(name);
    }

    virtual void speak()
    {
        cout <<*m_Name<< "小猫在说话" << endl;
    }
    ~Cat()
    {
        if (m_Name != NULL)
        {
            cout << "Cat的析构函数调用" << endl;
            delete m_Name;
            m_Name = NULL;
        }

    }

    string *m_Name;


};
void test01()
{
    Animal *animal = new Cat("Tom");
    animal->speak();
    //父类指针在析构时不会调用子类中析构函数，导致子类中如果有堆区属性，会出现内存泄漏
    delete animal;
}
int main()
{
    test01();
    system("pause");
    return 0;

}

总结：
1.虚析构和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，可以不写虚析构或纯虚析构
2.拥有纯虚析构的函数也属于抽象类

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（用于储存）
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lenLenovo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

//抽象不同零件类
//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();
    }

    //提供析构函数来释放三个电脑零件
    ~Computer()
    {
        if (m_cpu != NULL)
        {
            delete m_cpu;
            m_cpu = NULL;
        }

        if (m_vc != NULL)
        {
            delete m_vc;
            m_vc= NULL;
        }
        if (m_mem != NULL)
        {
            delete m_mem;
            m_mem = NULL;
        }
    }
private:
    CPU *m_cpu;
    VideoCard *m_vc;
    Memory *m_mem;


};

//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的内存条开始储存了" << endl;
    }
};

//Lenovo厂商
class LenovoCPU :public CPU
{
public:
    virtual void calculate()
    {
        cout << "Lenvov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的内存条开始储存了" << 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;
    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

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，使用|操作符
例如：用二进制的方式写文件   ios::binary | ios::out

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

//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);//右键项目可查看路径

    //4.写内容
    ofs << "姓名：张三" << endl;
    ofs << "性别：男" << endl;
    ofs << "年龄：18" << endl;

    //5.关闭文件
    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，需要关闭文件。

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< iostream>
using namespace std;
#include
#include

//文本文件 读文件
void test01()
{
    //1.包含头文件

    //2.创建流对象
    ifstream ifs;

    //3.打开文件并判断是否打开成功
    ifs.open("test.txt", ios::in);

    if (!ifs.is_open())
    {
        cout << "文件打开失败了" << 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  不推荐
    char c;
    while ((c = ifs.get()) != EOF)//EOF end of file
    {
        cout << c;
    }
    //5.关闭文件
    ifs.close();
}
int main()
{
    test01();

    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< iostream>
using namespace std;
#include

//二进制文件 写文件

class Person
{
public:
    char m_Name[64];//姓名
    int m_Age;//年龄

};
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();

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

class Person
{
public:
    char m_Name[64];//姓名
    int m_Age;//年龄

};

//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;
    }

    //4.读文件
    Person p;

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

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

    //5.关闭文件
    ifs.close();
}
int main()
{
    test01();

    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。

 
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