面向对象程序设计 | fufu酱のNoteBook

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summary

Buzzwords

encapsulation 封装

inheritance 继承

polymorphism 多态

overriding 覆盖

interface 接口、界面

cohesion 内聚

coupling 耦合

collection classes 容器

template 模版

responsibility-driven design 责任驱动

c++ improvements

Data abstraction Access control Initialization & cleanup References Function overloading Streams for I/O Name control Operator overloading More safe and powerful memory management Templates Exception handling

Format output

Manipulators are special functions that can be included in the I/O statement to alter. the format parameters of a stream. endl is one of the manipulators.

Create a string & alter string

search string

container

What is STL

STL = Standard Template Library Part of the ISO Standard C++ Library Data Structures and algorithms for C++

拷贝赋值运算符

假如我们有两个 container 的实例，那么如果两个实例相等，会发生什么事情？

那么可以很清楚的发现，这两个容器现在指向同一块内存了

值得注意的是，这样的赋值实际上本质上是一种共享，并非真正的建立了一个副本

这个例子演示了一个重载 operaor= 的例子，将from中指向的内容拷贝了一份，而非简单的拷贝指针

值是一样的，深拷贝的概念

c++中允许我们进行重新定义重载赋值运算符

🦄

在一个有运算符的表达式中，如果至少一个操作符是某个类的对象1，则由重载解析查找对应的函数。例如 x = y; 就会被视为 x.operator=(y); 进行查找。

导致原来的val中的东西都没有了

进行防止自我拷贝的处理：

c++允许我们使用operator 进行运算符重载

结合函数重载，我们也容易理解，operator= 同样可以有重载。例如：

运算符重载

既然 operator= 可以重载，那么其他运算符可不可以重载呢？答案是肯定的。C++ 希望表达方式是灵活且自由的；对于自定义类型，C++ 希望人们能写出 F = M * A，而非 assign(F, mul(M, A))。

事实上，C 语言的运算符就在一定程度上做了「重载」。回顾上一节的定义，重载的含义是同一个函数（根据参数列表不同）具有不同的行为。例如，* 运算符作为单目运算符时是取值运算符，而作为双目运算符时表示相乘；+ 运算符在两个算术类型之间表示求和，而对于 ptr + i 时其实表示 ptr + i * sizeof(A)，其中 ptr 的类型是 A*。

而 C++ 允许用户重载大多数的运算符从而提高代码的简洁性和可维护性。

考虑一个存放 M * M 大小矩阵的类 Matrix：

int中没有运算符built-in的重载

此时，如果我们写 m1 * m2，其实就等价于 m1.operator*(m2)，就调用我们写的重载了！

这样的实现方式确实能够实现上述操作，但是它限制了我们只能写出 Matrix * int 而不能写出 int * Matrix，因为后者被解释为 int::operator*(Matrix)，但是 int 中并没有这样的重载（C++ 也不希望支持给内部类型增加新的运算2）

如何解决这个问题呢？事实上，运算符重载也可以放在全局，例如：

如何解决这个问题呢？事实上，C++ 允许一个类的定义中给一个外部的函数3「授予」访问其 private 成员的权限，方式是将对应的函数在该类的定义中将对应的函数声明为一个 友元 (friend)：

🦄

注意：

友元只是一种权限授予的声明，友元函数并非类的成员。因此它并不受 access-specifier 的影响。

当然，还可以这样进行解决：

其他大多数运算符也能重载。对于一元运算符（如作为正负号的 +, -，以及 !, ~, ++, -- 等），@x 会调用 x.operator@() 或者 operator@(x)。如 -x 会调用 x.operator-() 或者 operator-(x)。

STL

STL包括算法，容器，迭代器

容器和算法都可以使用迭代器进行无缝的连接

几乎所有的代码都使用了模版类和模版函数的方式

使用STL的好处：

STL是C++中的一部分

STL是数据结构和算法的分离

STL中的vector容器中，可以放入元素，技术数据类型变量，元素地址

不需要思考STL具体实现的过程，只需要熟练使用STL就可以了

STL具有高可重用性，高性能，高移植性，跨平台的特点

跨平台
高移植性
模版类和模版函数的方式
高性能，例如map可以高效的进行查询检索，使用红黑树的变体进行实现
红黑树是平衡二叉树的一种

容器的分类：

序列形容器

取决于插入时机和地点
和元素值无关
每个元素都有固定的位置
vector deque list queue

关联式容器

和插入顺序无关
取决于特定的排序准则
set multiset map multimap

vector

vector是C++标准模板库(STL)中一个非常重要和常用的序列容器。它是一种动态数组,可以在常数时间内随机访问元素。

尾部添加和删除元素比较容易但是中间比较费时

下面是vector的一些主要用法:

构造函数:

vector<int> v; //创建空vector

vector<int> v(10); //创建初始大小为10的vector

vector<int> v(10, 1); //创建初始大小为10且值全为1的vector

vector<int> v1(v2); //用v2创建v1

vector<int> v(arr, arr+5); //从数组arr中前5个元素创建vector

元素访问:

v[i]; //访问第i个元素

v.front(); //访问首元素

v.back(); //访问尾元素

迭代器:

v.begin(); //返回首元素迭代器

v.end(); //返回尾端的迭代器

v.rbegin(); //返回最后元素的反向迭代器

v.rend(); //返回首元素的反向迭代器

容量:

v.size(); //返回实际元素个数

v.capacity(); //返回总容量

v.resize(n); //改变实际元素个数为n

v.reserve(n); //将总容量预留为n

修改:

v.push_back(x); //在尾部添加一个x

v.pop_back(); //删除尾元素

v.insert(it, x); //在迭代器it处插入x

v.erase(it); //删除迭代器it所指元素

v.clear(); //清空所有元素

其他:

v1 = v2; //直接赋值拷贝

v1 == v2; //判断两vector相等

sort(v.begin(), v.end()); //对vector排序

vector支持随机访问,能高效地访问和修改任意位置元素。但在中间插入或删除元素时,需要移动后续元素,因此效率较低。它在尾部插入和删除效率很高。当事先知道存储数据量的上限时,可以通过reserve来减少vector的内存重新分配次数。

deque

deque是C++标准模板库(STL)中的一个容器适配器,它提供了一种双端队列的实现。deque可以高效地在头部和尾部进行插入和删除操作,与vector相比,deque在中间进行插入和删除操作的效率较低。

使用deque的主要优点包括:

双端访问: 可以高效地在两端进行插入和删除操作。

空间高效利用: 与vector相比,deque通常会分散在不同的内存块中,更好地利用内存。

内存利用灵活: 当内存不足时,deque会分配新的内存块,因此不需要像vector那样一次性地申请大量内存。

下面是一些常用的deque操作:

构造函数:

deque<int> deq; // 默认构造一个空deque

deque<int> deq(10); // 构造一个初始大小为10的deque

deque<int> deq(10, 1); // 构造一个初始大小为10且初始值为1的deque

访问元素:

deq.front(); // 访问第一个元素

deq.back(); // 访问最后一个元素

deq[i]; // 访问第i个元素

插入元素:

deq.push_front(x); // 在前端插入元素x

deq.push_back(x); // 在尾部插入元素x

删除元素:

deq.pop_front(); // 删除第一个元素

deq.pop_back(); // 删除最后一个元素

其他操作:

deq.size(); // 获取元素个数

deq.empty(); // 判断是否为空

deq.clear(); // 清空所有元素

deque常用于需要高效进行头尾插入删除的场景,如实现一个双端队列或栈。它也可以作为一般容器使用,但中间插入删除操作效率较低。