1. 友元 friend
1.1 概念（掌握）
定义：
类实现了数据的隐藏与封装，类的数据成员一般定义为私有成员，仅能通过类的成员函数才能读写。如果数据成员定义为公共的，则又破坏了封装性。但是某些情况下，需要频繁读写类的成员，特别是在对某些成员函数多次调用时，由于参数传递、类型检查和安全性检查等都需要时间开销，而影响程序的运行效率。
友元是一种定义在类外部的普通函数，但他需要在类体内进行说明，为了和该类的成员函数加以区别，在说明时前面加以关键字friend。友元不是成员函数，但是他能够访问类中的所有成员。
作用：
在于提高程序的运行效率，但是，他破坏了类的封装性和隐藏性，使得非成员函数能够访问类的私有成员。导致程序维护性变差，因此使用友元要慎用。
友元较为实际的应用是在运算符重载，这种应用可以提高软件系统的灵活性。
分类：
- 友元函数
- 友元类
- 友元成员函数
1.2 友元函数（掌握）
友元函数是一种“声明”在类内，实际在类外的普通函数。
#include <iostream>
using namespace std;
class Girl
{
private:
int age;
public:
Girl(int age):age(age){}
int get_age() const
{
cout << &age << endl;
return 18;
}
// 1. "声明"友元函数
friend void access_true_age(Girl&);
};
// 2. 定义友元函数
void access_true_age(Girl& g)
{
// 突破权限
cout << &g.age << endl;
cout << "真实年龄：" << g.age << endl;
// 修改
g.age = 18;
cout << "修改后年龄:" << g.age << endl;
}
int main()
{
Girl g(45);
cout << g.get_age() << endl;
// 通过友元函数访问Girl的年龄
access_true_age(g);
return 0;
}
需要注意的是：
- 由于不属于类的成员函数，因此友元函数没有this指针，访问类的成员只能通过对象。
- 友元函数在类中的“声明”可以写在类的任何部分，不受权限修饰符的影响。
- 理论上一个友元函数可以是多个类的友元函数，只需要在各个类中分别“声明”。
1.3 友元类（熟悉）
当一个类B成为了另一个类A的友元类时，类B可以访问类A的所有成员。
需要注意的是：
- 友元关系是单向的，不具有交换性。
如果类B是类A的友元类，类A不一定是类B的友元类。
- 友元关系不具有传递性。
如果类C是类B的友元类，类B是类A的友元类，类C不一定是类A的友元类。
- 友元关系不能被继承。
#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
private:
string str = "A私有";
// “声明”友元类
friend class B;
};
class B
{
public:
void func(A& a)
{
// cout << this->str << endl; 错误：this是B对象不是A对象
cout << a.str << endl;
a.str = "我改了";
cout << a.str << endl;
}
};
int main()
{
A a;
// cout << a.str << endl; 错误
B b;
b.func(a);
return 0;
}
1.4 友元成员函数（熟悉）
在友元类的任何成员函数中都可以访问其他类的成员，但是友元成员函数把友元范围限制在一个成员函数中。
例如，类B的某个成员函数称为了类A的友元成员函数，这样类B的该成员函数就可以访问类A的所有成员了。
#include <iostream>
using namespace std;
// 3. 因为第二步中用到了类A，提前声明类A
class A;
// 2. 编写类B，并真正声明友元成员函数
class B
{
public:
void func(A&);
};
class A
{
private:
string str = "A私有";
// 1. 确定友元的函数格式并“声明”
friend void B::func(A&);
};
// 4. 类外定义友元成员函数
void B::func(A & a)
{
// cout << this->str << endl; 错误：this是B对象不是A对象
cout << a.str << endl;
a.str = "我改了";
cout << a.str << endl;
}
int main()
{
A a;
// cout << a.str << endl; 错误
B b;
b.func(a);
return 0;
}
2. 运算符重载（重点）
2.1 概念 （掌握）
如果把运算符看做是一个函数，则运算符也可以像函数一样重载。
C++中预定义的运算符的操作对象只能是基本数据类型。但实际上对于很多用户的自定义类型，也需要类似的运算操作、这时可以在C++中重新定义这些运算符，赋予已有运算符新的功能，使它能够用于特定类型，执行特定的操作。
可以被重载的运算符：
算术运算符：+、-、*、/、%、++、--
位操作运算符：&、|、~、^(位异或)、<<(左移)、>>(右移)
逻辑运算符：!、&&、||
比较运算符：<、>、>=、<=、==、!=
赋值运算符：=、+=、-=、*=、/=、%=、&=、|=、^=、<<=、>>=
其他运算符：[]、()、->、,、new、delete、new[]、delete[]
不被重载的运算符：
成员运算符“.”、指针运算符“*”、三目运算符“? :”、sizeof、作用域“::”
2.2 友元函数运算符重载（重点）
#include <iostream>
using namespace std;
/**
* @brief The Integer class 整数类
*/
class Integer
{
private:
int value;
public:
Integer(int value):value(value){}
int get_value() const
{
return value;
}
// 友元函数“声明”
friend Integer operator +(const Integer&,const Integer&);
friend Integer operator ++(Integer&); // 前置
friend Integer operator ++(Integer&,int); // 后置
};
Integer operator +(const Integer& i1,const Integer& i2)
{
return i1.value + i2.value; // 隐式调用构造函数
}
Integer operator ++(Integer& i)
{
return ++i.value; // 隐式调用构造函数
}
Integer operator ++(Integer& i,int)
{
return i.value++; // 隐式调用构造函数
}
int main()
{
Integer i1(1);
Integer i2(2);
Integer i3 = i1 + i2;
cout << i3.get_value() << endl; // 3
cout << (i1++).get_value() << endl; // 1
cout << (++i1).get_value() << endl; // 3
return 0;
}
2.3 成员函数运算符重载（重点）
成员函数运算符重载与友元函数运算符重载的最大区别是：友元函数运算符重载的第一个参数，在成员函数中使用this指针代替，即使用成员函数重载的运算符相比友元函数的参数少一个。
#include <iostream>
using namespace std;
/**
* @brief The Integer class 整数类
*/
class Integer
{
private:
int value;
public:
Integer(int value):value(value){}
int get_value() const
{
return value;
}
// 声明成员函数
Integer operator +(const Integer&); // 双目
Integer operator ++(); // 前置
Integer operator ++(int) // 后置
{
return this->value++;
}
};
Integer Integer::operator +(const Integer& i)
{
return this->value + i.value;
}
Integer Integer::operator ++()
{
return ++this->value;
}
int main()
{
Integer i1(1);
Integer i2(2);
Integer i3 = i1 + i2;
cout << i3.get_value() << endl; // 3
cout << (i1++).get_value() << endl; // 1
cout << (++i1).get_value() << endl; // 3
return 0;
}
2.4 赋值运算符（重点）与类型转换运算符重载（熟悉）
如果程序员不写赋值运算符重载函数，编译器会为这个类自动添加一个赋值运算符重载函数，且此函数支持链式调用，因此只能使用成员函数运算符重载（不至于友元）。
结合之前内容，处理深浅拷贝时应该同时处理赋值运算符。
#include <iostream>
using namespace std;
class Value
{
public:
int value = 0;
// 1. 构造函数
// 2. 拷贝构造
// 3. 析构函数
// 4. 赋值运算符重载
// 编译器自动添加：
Value& operator =(const Value& v)
{
value = v.value;
return *this;
}
};
int main()
{
Value v; // 构造函数
Value v2(v); // 拷贝构造
Value v3 = v2; // 拷贝构造
v.value = 1;
v3 = v; // 赋值运算符
cout << v3.value << endl; // 1
return 0;
}
类型转换运算符与赋值运算符的符号都是=，因此类型转换运算符重载函数的格式比较特殊，以便于与赋值运算符重载进行区分，同样类型转换运算符重载函数也只支持成员函数运算符重载。
#include <iostream>
using namespace std;
class Value
{
private:
int value;
public:
Value(int value):value(value){}
int get_value() const
{
return value;
}
// 类型转换运算符重载函数
operator int()
{
return value;
}
};
int main()
{
// int → Value
Value v = 1; // 隐式构造
// Value → int
int i = v; // 类型转换运算符重载函数
cout << i << endl; // 1
return 0;
}
2.5 注意事项（掌握）
- 运算符重载限制在C++已有的运算符范围内，不能创建新的运算符。
- 运算符重载不能改变运算符的优先级、结合性、操作数和语法结构。
- 运算符重载不能改变基本类型的计算规则，只能更改包含自定义类型的计算规则。
- 运算符重载实现的功能应该与原运算符相近。
- 运算符重载函数不支持参数默认值。
- 通常单目运算符使用成员函数重载，双目运算符使用友元函数重载。
3. string 字符串类
#include <iostream>
#include <string.h>
using namespace std;
int main()
{
string s; // 生成一个空字符串
cout << "判断字符串是否为空：" << s.empty() << endl; // 1
string s1 = "Thursday"; // 隐式调用构造函数，参数const char*
string s2("Thursday"); // 显式调用上面的构造函数
cout << (s1 == s2) << endl; // 1
string s3 = s1; // 隐式调用拷贝构造
string s4(s2); // 显式调用拷贝构造
cout << (s3 == s4) << endl; // 1
s = s4; // 赋值运算符
cout << s << endl; // "Thursday"
// 参数1：const char* 原字符串
// 参数2：保留几个字符
string s5("ABCDEFG",2);
cout << s5 << endl; // AB
s = "ABCDEFG";
// 参数1：string 原字符串
// 参数2：不保留前几个字符
string s6(s,2);
cout << s6 << endl; // CDEFG
// 参数1：字符串长度
// 参数2：字符内容
string s7(6,'A');
cout << s7 << endl; // AAAAAA
// 交换
swap(s6,s7);
cout << s6 << " " << s7 << endl; // AAAAAA CDEFG
s = s6+s7; // 拼接
cout << s << endl; // AAAAAACDEFG
// 向后追加
s.append("123");
cout << s << endl; // AAAAAACDEFG123
// 向后追加单字符
s.push_back('%'); // AAAAAACDEFG123%
// 插入
// 参数1：插入的位置
// 参数2：插入的内容
s.insert(1,"222"); // A222AAAAACDEFG123%
// 参数1：删除的起始位置
// 参数2：删除的字符数
s.erase(4,10);
cout << s << endl; // A222123%
// 参数1：替换的起始位置
// 参数2：替换的字符数
// 参数3：替换的内容
s.replace(0,3,"******");
cout << s << endl; // ******2123%
s.clear(); // 清空
cout << s.length() << endl; // 0
char c[20];
s = "1234567890";
// 参数1：拷贝的目标
// 参数2：拷贝的字符数
// 参数3：拷贝的起始位置
s.copy(c,3,1);
cout << c << endl; // 234
// C → C++ 直接赋值即可
// char* → string
char* c1 = "Tom";
char c2[] = "Jerry";
string sc1 = c1;
string sc2 = c2;
cout << sc1 << "&" << sc2 << endl; // Tom&Jerry
// C++ → C
// string → char[]
s = "abcd";
char ch[10];
strcpy(ch,s.c_str()); // c_str()返回值的const char*不稳定
cout << ch << endl;
return 0;
}
本章节主要讲解泛型编程，泛型编程（Generic Programming）最初提出时的动机很简单直接：发明一种语言机制，能够帮助实现一个通用的标准容器库。所谓通用的标准容器库，就是要能够做到，比如用一个List类存放所有可能类型的对象这样的事；泛型编程让你编写完全一般化并可重复使用的算法，其效率与针对某特定数据类型而设计的算法相同。
1. 模（mú）板 template
1.1 概念
C++重模板可以让类或函数声明一种通用类型，使得函数或类中的某些成员变量或成员变量的参数、返回值在实际上的使用中可以是任何类型。
模板可以让程序员写出与类型无关的代码，是泛型编程的基础。
模板主要分为两种实现方式：
- 函数模板
- 类模板
1.2 函数模板
#include <iostream>
using namespace std;
// 函数模板
template <class T>
T add(T a,T b)
{
return a+b;
}
class Dog
{
};
int main()
{
// 在使用的过程中T可以任何类型
cout << add(2,3) << endl;
cout << add(2.2,2.2) << endl;
cout << add('0','0') << endl;
// 这套通用算法可能不支持某些类型
// 错误出现的原因并非不能传参，而是不能计算
cout << add("aa","aa") << endl; // const char*
Dog d1;
Dog d2;
add(d1,d2);
return 0;
}
1.3 类模板
#include <iostream>
using namespace std;
template <typename T>
class Demo
{
private:
T value;
public:
Demo(T value):value(value){}
T get_value() const
{
return value;
}
};
class MobilePhone
{
private: // 私有：被修饰的成员只能在类内访问
string brand; // 读写
string model = "16"; // 只读
int weight; // 只写
public:
string get_brand() // getter：读函数
{
return brand;
}
void set_brand(string b) // setter：写函数
{
brand = b;
}
string get_model()
{
return model;
}
void set_weight(int w)
{
weight = w;
}
};
int main()
{
// 类模板在创建对象时要标注T的具体类型，以便于开辟内存
Demo<int> d1(1);
cout << sizeof(d1) << " " << d1.get_value() << endl; // 4 1
Demo<long> d2(1);
cout << sizeof(d2) << " " << d2.get_value() << endl; // 4 1
MobilePhone mp1;
Demo<MobilePhone> d3(mp1);
cout << sizeof(d3) << endl; // 12
return 0;
}
// TODO 声明定义分离
标签：友元,函数,int,value,运算符,重载,Integer,模板 From： https://blog.csdn.net/weixin_64032452/article/details/142618106