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C++（2）- 静态成员函数

在 C++ 中，静态成员函数（static member function）是与类相关联而不是与类的任何特定对象相关联的函数。静态成员函数有以下几个特点：

1. 声明和定义

静态成员函数使用 static 关键字声明。它们可以访问类的静态成员，但不能直接访问非静态成员（因为非静态成员属于具体的对象，而静态成员函数没有对象实例）。

声明

在类声明中使用 static 关键字声明静态成员函数：

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class MyClass {
public:
    static void myStaticFunction();
};

定义

在类外部定义静态成员函数时，不需要再次使用 static 关键字：

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void MyClass::myStaticFunction() {
    // 函数体
}

2. 访问静态成员函数

静态成员函数可以通过类名直接调用，也可以通过对象调用，但推荐使用类名调用以明确其静态特性。

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MyClass::myStaticFunction();  // 通过类名调用
MyClass obj;
obj.myStaticFunction();       // 通过对象调用

3. 静态成员函数的特点

  • 无隐式 this 指针：静态成员函数没有隐式的 this 指针，因此不能直接访问非静态成员变量和非静态成员函数。
  • 共享数据：静态成员函数可以访问类的静态成员变量，这些变量在所有对象之间共享。
  • 全局作用域：静态成员函数在类的作用域内，但可以看作是全局函数，因为它们不依赖于任何特定的对象实例。

4. 示例

以下是一个简单的示例，展示了静态成员函数的使用：

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#include <iostream>
#include <string>

class MyClass {
public:
    static int objectCount;  // 静态成员变量

    MyClass() {
        ++objectCount;  // 每创建一个对象，计数加1
    }

    ~MyClass() {
        --objectCount;  // 每销毁一个对象，计数减1
    }

    static void printObjectCount() {
        std::cout << "Number of objects: " << objectCount << std::endl;
    }
};

// 初始化静态成员变量
int MyClass::objectCount = 0;

int main() {
    MyClass::printObjectCount();  // 输出: Number of objects: 0

    {
        MyClass obj1;
        MyClass obj2;
        MyClass::printObjectCount();  // 输出: Number of objects: 2
    }

    MyClass::printObjectCount();  // 输出: Number of objects: 0

    return 0;
}

解释

  1. 静态成员变量：objectCount 是一个静态成员变量，它在所有 MyClass 对象之间共享。
  2. 构造函数和析构函数：在构造函数中增加 objectCount，在析构函数中减少 objectCount。
  3. 静态成员函数：printObjectCount 是一个静态成员函数，它可以访问 objectCount 并打印当前的对象数量。
  4. 调用静态成员函数：通过类名 MyClass::printObjectCount() 调用静态成员函数，也可以通过对象调用，但推荐使用类名调用。

5. 静态成员函数的用途

  • 工具函数：静态成员函数可以用于实现与类相关的工具函数，这些函数不依赖于具体的对象实例。
  • 工厂方法：静态成员函数可以用作工厂方法，用于创建类的实例。
  • 全局状态管理：静态成员函数可以用于管理类的全局状态，例如计数器、配置选项等。
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C++（1）- 虚函数

在 C++ 中，虚函数（virtual function）是实现多态的一种机制。通过虚函数，可以在派生类中重写（override）基类中的函数，从而在运行时根据对象的实际类型调用相应的函数。以下是关于 C++ 中虚函数的详细介绍和示例。

1. 基本概念

  • 虚函数：在基类中声明为 virtual 的成员函数。虚函数允许派生类重写该函数，从而实现多态。
  • 纯虚函数：在基类中声明为 virtual 并且没有实现的函数，形式为 virtual 返回类型 函数名() = 0;。含有纯虚函数的类称为抽象类，不能实例化。
  • 多态：通过基类指针或引用调用虚函数时，实际调用的是派生类中重写的函数，而不是基类中的函数。

2. 虚函数的声明和使用

声明虚函数

在基类中声明虚函数：

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class Base {
public:
    virtual void display() {
        std::cout << "Base class display function" << std::endl;
    }
};

派生类中重写虚函数

在派生类中重写基类的虚函数：

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class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Derived class display function" << std::endl;
    }
};

3. 多态的实现

通过基类指针或引用调用虚函数：

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#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void display() {
        std::cout << "Base class display function" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Derived class display function" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base baseObj;
    Derived derivedObj;

    Base* basePtr = &baseObj;
    Base* derivedPtr = &derivedObj;

    basePtr->display();  // 输出: Base class display function
    derivedPtr->display();  // 输出: Derived class display function

    return 0;
}

4. 纯虚函数和抽象类

声明纯虚函数

在基类中声明纯虚函数：

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class Base {
public:
    virtual void display() = 0;  // 纯虚函数
};

派生类中实现纯虚函数

在派生类中实现基类的纯虚函数：

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class Derived : public Base {
public:
    void display() override {
        std::cout << "Derived class display function" << std::endl;
    }
};

5. 构造函数和析构函数中的虚函数

  • 构造函数：虚函数在构造函数中不具有多态性，即在构造函数中调用虚函数时，只会调用当前类的虚函数，不会调用派生类的虚函数。
  • 析构函数：虚函数在析构函数中具有多态性，因此基类的析构函数通常声明为虚函数，以确保派生类的析构函数也能被调用。
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#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual ~Base() {}  // 虚析构函数
    virtual void display() {
        std::cout << "Base class display function" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    ~Derived() {}  // 派生类的析构函数
    void display() override {
        std::cout << "Derived class display function" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Base* basePtr = new Derived();
    basePtr->display();  // 输出: Derived class display function
    delete basePtr;  // 调用 Derived 的析构函数

    return 0;
}

6. 虚函数表（VTable）

C++ 编译器在内部使用虚函数表（Virtual Table, VTable）来实现虚函数的多态调用。每个包含虚函数的类都有一个虚函数表，表中存放了该类所有虚函数的地址。每个对象都有一个指向其类的虚函数表的指针（vptr），通过 vptr 可以找到对应的虚函数地址。

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