Classes的两个经典分类

Class without pointer member(s)

complex

Class with pointer member(s)

string

带指针的class

String class

它的Header的结构

它将实现的功能：

三种构造方式：

无初值的、有初值的 和 拷贝构造。

两种操作符重载：

“<<”(输出到“cout”) & “=”(拷贝赋值)

Big Three 三个特殊函数

四个主要函数：

1.默认用指针构造；

2.拷贝构造，接受的是自身的类型的对象；

3.拷贝赋值，只有类带有指针，一定要包含有这个函数；

4.析构函数，当以这个类创建的对象，即将死亡的时候，它就会被调用。

其中2，3，4 被称为 Big Three .

ctor 和 dtor (构造函数 和 析构函数)

构造函数 ctor :

字符串会以头指针的形式传入，并以‘\0’为结尾；因此构造函数要适应不同长度的，所以用‘new’分配一块大小适合内存。

析构函数 dtor:

用于清理，清理动态分配的内存，不然就是内存泄漏了，用 delete[] 关键字释放动态分配的内存；

在调用的示例中：

指针p指向动态分配的内存，所以用 delete 释放内存；

当离开作用域的时候，会调用3次析构函数，包括以new动态分配的String对象的析构函数。

class with pointer members (带有指针的类)必须有 copy ctor (拷贝构造函数) 和 copy operator= (拷贝赋值)

如果不写拷贝赋值函数，而是直接使用原来‘=’把a的地址复制到b里去，b只会指向a所指的内存，原来所指的内存也将会丢失（造成内存泄漏），这叫浅拷贝，不是我们想要的结果，我们要的是把内容拷贝过来的深拷贝。

在设计中应该避免有别名出现，即多个指针指向同一块内存。

copy ctor (拷贝构造函数)

copy assignment operator(拷贝赋值函数)

经典的写法

① 释放原来的内存

② 重新申请一个足够大的内存

③ 将内容拷贝进来

然后，在最前面检测自我赋值的情况；如果出现自我赋值，而又没有检测自我赋值，这样会因为内存被释放而丢失原来的内容。

（这里的this是指向调用者的，而且这个函数它还是成员函数，所以可以直接更改）

output函数

operator<< 函数一定是全局函数，如果它是成员函数的话cout就要在右边，因为成员函数的左边一定是自身类的指针 *this

所谓stack(栈) ，所谓heap(堆)

Stack，是存在于作用域(scope)的一块内存空间(memory space)。例如当你调用函数，函数本身即会形成一个stack用来旋转它所接收的参数，以及返回地址。

在函数本体(function body)内声明的任何变量，其所使用的内存块都取自上述stack。

Heap，或调system heap，是指由操作系统提供的一块global(全局的)内存空间，程序可动态分配，从中获得若干块。

c1所占用的空间来自Stack；当离开作用域时，它的生命自然结束；

Complex(3)是个临时创建的对象，占用的空间是以new动态分配非得，并由heap提供；它必须需要手动delete掉。

关于生命期

stack object：

c1便是，其生命在作用域结束之际结束。又称为auto object，因为它会被[自动]清理。

static local object(静态对象)：

c2便是所谓static object，其生命在作用域结束之后仍然存在，直到整个程序结束。

global object(全局对象)：

c3便是所谓global object，它的生命在整个程序结束之后才结束。也可以把它被视为一种static object，其作用域是[整个程序]。

heap objects：

p所指的便是heap object，其生命在它被deleted之际结束。

在创建时，我们得到的是一个指针p，所以我们应该delete指针p，同时会调用被删除对象内的析构函数。

如果没把heap对象 delete掉，就会出现内存泄漏(memory leak)，即是程序失去对内存块的控制（内存块再也找不回来了）

以上便会出现内存泄漏，因为当作用域结束，p所指的heap object仍然存在，但指针p的生命却结束了，作用域之外再也看不到p（也就没机会delete p）

动态分配所得的内存块(关于new和delete)

new其实也是一个函数

new调用时，先分配memory，再调用ctor

以上便是编译器将new转化的三个动作，实际上调了malloc（）函数分配内存。

delete：先调用dtor，再释放memory

编译器转化的两个动作，它里面也调用了free()函数。

动态分配数组对象

以上的用法叫做array new和array delete；

array new一定要搭配array delete，因为delete只是会删除指针所指的内存，数组内的其它内存就会因此而丢失（内存泄漏）。

（注：动态分配的内存区块中，头尾也会有一个称为cookie标识的内存块，标识中用16进位表示状态，结尾为1表示“分配”，并且动态分配的内存区块一定是16的倍数）

扩展补充

关于static

一般的成员函数都会有this point

以上是从编译器角度看到的成员函数的调用。

如果一个数据在每个同类的对象都是相同的，这时候它就是应该变成static数据，在它的声明前加上static便是；

static数据要在class body外定义，上面黄色部分便是。

static函数：它只能处理static的数据，也没this point；它可以通过object调用(通过已经创建的对象调用)，也可以通过class name调用(直接修改类的static数据，作用于所有通过这个类创建的对象)

关于把ctors放在private区

之前说过这种把构造函数放在private中的类，叫做Singleton(单体)

上面的便所谓的Singleton，因为它不能被外境构造，所以它须要在自身内被构造，并且一定是static的；

因为static函数可以通过class name调用(上面的小框便是)，通过getInstance()调用‘a’，这样就解决了不能调用的问题。

但就是因为static的数据一被定义了就会直到整个程序结束，它的生命才会结束；

用上面的写法可以解决static object不被使用也一直存在的问题。

关于cout

cout属于右上角的class，而这个类型继承自ostream，所以它也是属于ostream。

从ostream里可以发现，它做了好多种operator<<的重载，这正是cout可以接受多种类型数据的原因。

class template(类模板)

如果在设计没有确定类里面的参数在使用时的类型，可以通过类模板在使用时再确定它们的数据类型。

写法如上：在类的前面声明T是一个关键字；用T替换参数类型的位置。

图中左下角便是它的调用方法。

function template(函数模板)

用法：正如上面的比大小函数，为了适用于所有不同类型的对象，所以它采用了函数模板，代替未知的对象类型；它的声明和类模板相似，要在函数之前用加上黄色的语句。

（使用这种方式时，不要忘了还要对相应的操作符进行重载）

namespace

它的作用是将它里面的东西包装起来，防止和其它人重名。（std是指标准库，标准库的所有东西都被包在std里）

用法：

最简单的用法就是using directive(全开)（写法如上），这样在下面的所以标准库的函数都不用写命名了（cin和cout的全名是std::cin和std::cout）。

using declaration(逐个打开‘声明’)

正如上面的，它只声明了cout，所以就是只有cout不用写全名。

更多拓展，此课程不再详述

Composition(复合)，表示has-a

表示queue(队列，先进先出)包含deque(两端都可以进出的队列)；

queue拥有deque的所有功能，这样便是所谓Composition，而queue自身没有实现功能只是改变功能的名字，这类情况叫做Adapter(改装)；

Adapter：适用于已经存在一个类能实现所需的功能时，只是有一些情况不同（可能是接口不一样-函数名不同），它是复合中一种特殊的情况

Composition类的大小要加上它所包含的所有类的大小

Composition关系下的构造和析构

当Container包含Component时：

编译器会在Container的构造函数名之后，自动加上Component的默认构造(‘ : Component() ’)，这便使它先要执行所含类的构造函数（如果需要调用所含类的其它构造函数，需要自己写上）然后才执行自己；

编译器也会在Container的析构函数中加上所含有类的析构函数，且是先执行自己。

Delegation (委托) . Composition by reference

这里是通过指针，指向功能实现的类，而自身却只是一个对外的接口，所有功能的实现都是通过指针委托‘功能实现类’完成的，这样它便有了高度的弹性（可以改变它功能，而不影响整体，也可以方便地增加它的功能）

这样的写法称为pimpl(private implementation)，左边的是Handle，右边的是Body，其主要作用是解开类的使用接口和实现的耦合

（这里用到是指针，但为什么也叫by reference而不是by point？因为业界中没有by point这个说法，by point也叫by reference）

Inheritance(继承)，表示is-a

(在C++中，struct其实是一种class)

语法：就是加黄色的一行；上面的是父类，下面的是子类（子类继承父类）。

C++的继承拥有三种方式，分别是public / private / protected，其中最重要的public。（而Java中只有public）

子class拥有自己的part(成份)同时，还涵盖了父class的prat。

图示，用空心三角形表示继承。

Inheritance(继承)关系下的构造和析构

与Composition的关系相似，但前提是父类中的构造函数一定要是虚函数(后面会解释虚函数)，否则不会出图中下面是两个动作

Inheritance(继承)with virtual functions(虚函数)

父类的成员函数分三种类型：非虚函数、虚函数、纯虚函数。

虚函数的语法：在非虚函数之前加virtual。

非虚函数，子类不能重新定义，在父类中定义好，供子类使用。

虚函数，在父类中定义，子类也可以重新定义它。

纯虚函数，在父类中声明，在子类中定义。

Template Method(模板方法)：二十三种设计模式之一。

示例中，通过子类的对象调用父类的函数，当调用虚函数时，编译器会检查子类是否有重新定义。

Inheritance + Composition关系下的构造和析构

在第一种情况中，Base part和Component part它两的构造的先后是顺序，而析构则是逆序的。

在第二种情况中，与之前的相类似，不多说。

Delegation(委托) + Inheritance(继承)

左边委托右边，右边作为父类，可以被继承。

这样的写法可以使左边被创建，内容可以被多个继承右边的子类观察。（就像一个文件在同一个软件里被打开，但有不同的查看窗口）