C++课件第十二章类的其它特性友元、虚函数、静态成员

C++课件第十二章类的其它特性(友元、虚函数、静态成员高职及本科课程学习者使用本章要点友元友元函数、虚函数、静态成员、重载与覆盖、多态、纯虚函数与抽象类01友元函数02虚函数03静态成员04重载与覆盖友元函数概述一、友元函数的定义友元函数访问私有成员友元函数的声明位置通常在类的定义体外。友元函数的访问权限友元函数可以访问类的所有成员，包括私有成员。这是因为友元函数在类的外部声明，但在类的内部被赋予了一定的权限。友元与成员区别成员非成员区别，需类名对象名友元函数声明类外声明friend友元函数的作用域友元函数的作用域仅限于其声明的类内部，不能访问类外部的成员。友元使用场景计算派生需基类私有友元函数的实现方式友元函数的实例化在类中声明友元函数，需要在函数前加上关键字friend，并指定友元函数所属的类。友元函数的调用友元函数可以直接访问类的私有成员，但它的调用方式与普通函数相同。友元函数的分类友元分类全局友元函数的定义是在类的外部定义的友元函数，它对类的所有对象都有效。成员友元函数成员友元成员友元函数的定义需要在类内部声明，并在类外部实现。虚函数虚函数的定义虚函数是在基类中声明的函数，它在派生类中被重新定义，用于实现多态。虚函数的语法虚函数多态虚函数概述虚函数的作用主要体现在实现多态性，允许通过基类指针或引用调用正确的派生类函数。声明实现在基类中声明虚函数时，使用关键字'virtual'。派生类中可以重新定义基类中的虚函数，但必须使用相同的函数名、返回类型和参数列表。虚函数的调用过程是通过动态绑定实现的，即在运行时根据对象的实际类型来调用相应的函数。虚函数的继承格式虚函数的声明格式与普通函数类似，但需要在函数名前加上'virtual'关键字。虚函数的访问修饰符可以是公有、私有或保护，这取决于基类和派生类之间的继承关系。虚函数继承虚函数的声明概述虚函数的声明虚函数声明虚函数概述虚函数的多态性虚函数多态性01虚函数的覆盖派生类覆盖覆盖规则02虚函数的调用虚函数调用调用方式03虚函数注意虚函数声明实现，非虚函数不自动虚虚函数的优缺点04总结虚函数多态工具，覆盖基类函数虚函数virtual声明，实现多态覆盖静态成员概述静态成员静态成员是类的成员，属于类本身，而不是类的任何实例。它们在内存中只存储一份，无论创建多少个类的实例。静态成员通常用于存储那些与类相关，但不需要与类的特定实例相关联的数据。作用01静态成员可以访问类的所有成员，包括私有成员。这使得静态成员在实现类内部逻辑时非常有用，例如，在类的静态成员函数中访问私有成员。声明02静态成员类似普通成员，加static访问03静态成员可以通过类名直接访问，无需创建类的实例。例如：MyClass::count=10;静态成员初始化程序开始，非实例创建总结01静态成员存储类相关数据，重要角色注意点02静态成员独立存在，共享全局数据静态成员访问共享，节省内存静态成员的声明位置静态成员的访问权限静态成员可以在类的任何地方声明，包括类定义体内部、类定义体外部的函数内部以及类的外部。静态成员的访问权限与普通成员相同，取决于其在类中声明的访问控制符。静态成员静态成员与普通成员的区别在于静态成员不属于类的任何对象，而是在类外独立存在。因此，静态成员不能使用类的对象来访问，只能通过类名来访问。静态成员静态成员位置静态成员的声明位置通常在类的定义体内部，或者在类定义体外部的函数内部。如果需要在类的外部访问静态成员，则必须在类定义体外声明。静态成员的访问权限静态成员权限静态成员的访问权限与普通成员相同，取决于其在类中声明的访问控制符。例如，如果静态成员声明为public，则可以在类的任何地方访问；如果声明为private，则只能在类内部访问。静态成员静态成员位置静态成员的声明位置通常在类的定义体内部，或者在类定义体外部的函数内部。如果需要在类的外部访问静态成员，则必须在类定义体外声明。静态成员权限静态成员静态成员概述静态成员特性函数重载的定义函数重载的条件函数重载目的函数覆盖定义函数覆盖目的01函数重载的特点重载特点：可读、易维护、增复杂01覆盖特点覆盖特点：多态、可扩展、注意正确性02重载与覆盖的区别重载覆盖区别：参数列表不同，返回类型相同02重载覆盖应用重载用于不同操作，覆盖用于特有行为03函数重载概述重载：同名不同参数，条件：同名、同返回、不同参数03函数覆盖概述覆盖：子类同名函数，执行子类函数函数重载概述重载函数的参数列表在C++中，函数重载允许使用相同的函数名定义多个函数，只要它们的参数列表不同。参数列表的不同可以体现在参数的数量、类型或顺序上。01参数类型不同参数顺序不同重载返回类型02重载调用重载匹配调用重载注意事项03重载用途函数重载的参数列表必须不同，包括参数的数量、类型或顺序。重载相同参数04重载应用场景在处理不同类型的数据时，使用函数重载可以提供更直观和方便的方法。函数重载概述函数覆盖概述覆盖函数的基类和派生类在C++中，当派生类中存在与基类同名的函数时，该函数会覆盖基类中的同名函数。这允许派生类提供与基类不同的实现。覆盖函数的访问修饰符访问权限覆盖修饰符相同覆盖函数的调用派生类对象调用覆盖函数虚函数与覆盖虚函数虚函数覆盖基类指针调用派生类虚函数虚函数的覆盖规则派生类虚函数签名相同静态成员与覆盖多态的定义多态的实现方式多态操作不同对象01多态应用场景多态应用动态绑定继承多态接口总结02多态的意义多态性核心意义提高复用性可维护性灵活性多态的注意事项03多态注意事项虚函数继承类型转换多态的实际应用多态应用广泛04多态的实现方式多态的定义多态概述实现方式多态的虚函数概述多态的继承关系分析多态的动态绑定原理及实现方法虚函数的特点虚函数在继承中的作用虚函数声明虚函数的访问控制虚函数的覆盖与重写虚函数的继承规则虚函数调用虚函数的多态性体现虚函数的应用场景虚函数多态虚函数与继承的关系多态的继承关系总结多态绑定多态在实际编程中的应用多态特性的重要性多态的虚函数多态的继承关系多态的动态绑定纯虚函数的定义纯虚函数纯虚函数是一种特殊的虚函数，它在声明时没有函数体，只能在派生类中被实现。它通常用于定义抽象类，抽象类至少含有一个纯虚函数。抽象类的定义抽象类抽象类含纯虚纯虚函数与抽象类的应用应用使用纯虚函数抽象类纯虚函数抽象类抽象类多态基类总结纯虚抽象多态纯虚抽象模块纯虚抽象灵活注意纯虚函数定义纯虚函数与抽象类的应用场景抽象类定义纯虚函数声明纯虚函数实现纯虚函数声明包括返回类型、函数名、参数和const纯虚函数的继承01纯虚函数的实现需要在派生类中进行，派生类必须对基类的纯虚函数进行重写，否则派生类将无法实例化。02在派生类中重写纯虚函数时，必须使用同样的函数签名，包括函数名、参数列表和const关键字。03如果一个类包含至少一个纯虚函数，则该类为抽象类，抽象类不能被实例化，但可以被继承。04抽象类的作用是定义一个框架，由派生类来实现具体的细节。抽象类只含抽象方法，不能实例化定义抽象类至少包含一个抽象方法，抽象方法只有方法签名，没有方法体。继承一个抽象类可以继承自另一个抽象类，也可以继承自一个具体类。实例化抽象类不能被实例化，只有其子类可以实例化。实现抽象类可以通过纯虚函数来实现，纯虚函数在类中声明但不提供方法体。纯虚函数纯虚函数的定义格式为virtual函数返回类型函数名(参数列表)=0;友元、虚函数、静态成员的总结友元友元是一种特殊的函数或类成员，它可以访问类的私有成员。友元函数和友元类通过声明为类的友元来获得这种访问权限。虚函数虚函数在基类声明，派生类重新定义，实现多态静态成员静态成员属于类，而不是类的任何特定对象。它们在类的所有对象之间共享，且在类加载时初始化。重载与覆盖函数重载和覆盖不同，重载参数不同，覆盖重写同名函数多态多态使不同类对象对同一消息响应，C++中通过虚函数实现友元函数案例分析虚函数案例分析在类A中定义一个友元函数friendvoidshow(A&a);，该函数可以访问类A的私有成员。01例如，在类A中有一个私有成员变量intvalue;，通过友元函数可以修改这个变量的值。02虚函数允许派生类重新定义基类函数，运行时调用相应函数03Animal基类虚函数makeSound()在Dog派生类中被重写输出'Bark!'04静态成员属于类，而不是类的任何对象，因此静态成员函数不能直接访问非静态成员。C++类特性应用类特性风险多友元函数的风险友元函数降低封装性，依赖内部状态，易冲突特性风险描述具体风险多态风险性能影响友元函数降低封装性依赖内部状态无直接多态风险无直接性能影响虚函数易错难维护虚函数调用开销多态风险大性能较低静态成员静态成员与类绑定静态成员访问控制无多态风险无性能影响构造函数/析构函数直接调用可能出错构造/析构顺序问题无多态风险无性能影响常量成员常量成员初始化常量成员修改风险无多态风险无性能影响拷贝构造函数/移动构造函数拷贝构造开销移动构造优化无多态风险移动构造性能高虚函数多态风险大，易错难维护，性能低C++类特性评价类特性友元、虚函数、静态成员在C++中的作用和特点本章内容总结重载与覆盖评价C++类特性：友元、虚函数、静态成员多态评价多态是面向对象编程的核心概念之一，它允许通过基类指针或引用调用派生类的成员函数，实现代码的灵活性和扩展性。纯虚函数与抽象类评价纯虚函数和抽象类是C++中实现抽象编程的重要工具，它们使得设计更加模块化，便于后续的扩展和维护。学习建议为了更好地掌握本章内容，建议学习者通过实际编程练习来加深对友元、虚函数和静态成员的理解。同时，通过阅读相关资料和参与讨论，可以进一步拓宽知识面，提高编程技能。此外，定期复习和总结所学内容，有助于巩固记忆，形成良好的编程习惯。友元函数允许访问私有成员概念友元函数可以访问类的私有成员，但它的定义必须在类内部或作为类的一个成员函数。作用关系友元函数与封装的关系在于，它打破了封装的规则，允许外部函数访问类的私有成员。友元函数的使用场景友元函数通常用于需要访问类内部数据的算法或函数中，例如，在处理容器类时。定义友元函数在类内部声明友元函数，并在类的外部实现它。注意事项滥用友元函数滥用友元函数可能会导致类的封装性降低，增加代码的复杂性。总结友元函数C++特性需谨慎实例分析例如，在处理图形用户界面时，友元函数可以用于访问类的私有成员，以实现特定的功能。复习巩固知识点知识点回顾1.友元函数的概念：友元函数是类外部的函数或类，它被声明为类的友元，从而可以访问类的私有成员。01友元函数定义2.定义友元函数的方式：在类内部声明友元函数，并在类外部实现。虚函数的概念02虚函数定义2.虚函数的声明：在函数声明前加上关键字virtual。静态成员概念03静态成员定义2.静态成员的使用：在函数内部使用静态成员时，不需要创建对象。总结04类特殊特性2.理解并掌握这些特性，对于深入学习和应用C++编程至关重要。知识点总结友元函数声明友元声明位置声明友元函数时，需要注意避免破坏封装性，确保友元函数访问的成员不会对类的封装性造成威胁。友元声明友元声明类内友元函数声明位置友元声明注意在类定义外部声明友元函数时，需要在类定义之前包含类的头文件。友元访问私有友元不增权限友元函数声明不应包含任何类的成员函数声明。友元指定访问友元声明位置友元函数声明不应改变类的成员变量的封装性。友元声明保密友元函数概述友元函数的访问权限友元函数是通过声明一个类的外部函数为该类的友元来实现的，这使得友元函数可以访问类的私有成员。示例01以下是一个友元函数的示例代码，展示了如何声明友元函数以及如何在类中使用它。02在上述代码中，我们声明了一个友元函数friendFunc，并在类中调用了它，以访问私有成员。03需要注意的是，友元函数并不属于类的一部分，它只是可以在访问类的私有成员时被看作是类的一部分。虚函数的作用01虚函数基派调用02这使得基类指针或引用可以指向派生类的对象，同时调用派生类中重写的函数，实现了多态性。虚函数概述虚函数的概念虚函数是C++中的一种特殊成员函数，它允许在派生类中重新定义基类中的函数，并在运行时根据对象的实际类型来调用相应的函数，从而实现多态。虚函数的作用虚函数实现多态虚函数多态虚函数基础虚函数的定义定义虚函数基类虚函数在C++中，基类中声明的函数要成为虚函数，需要在函数声明前加上关键字virtual。虚函数的继承虚函数的继承派生类继承虚函数虚函数的覆盖虚函数的覆盖派生类覆盖虚函数虚函数的注意事项虚函数的声明方式是在类中直接使用关键字virtual。声明虚函数的声明位置可以在类的任何地方，但通常建议在基类中声明。虚函数声明注意01位置在派生类中重写虚函数时，必须使