C++面向对象程序设计-北京大学-郭炜【课程笔记（六）】

毕业论文：学习速度较慢
开始课程：P19 4-4.可变长数组类的实现
课程链接：程序设计与算法（三）C++面向对象程序设计 北京大学 郭炜
课程PPT：github提供的对应课程PPT

本节课内容相对较难理解，只做两章。

1、可变长数组类的实现

此部分内容不好🦟解释：请听老师讲解，最好自己把代码敲一遍。
P19 4-4.可变长数组类的实现

// 17.cpp
# include<iostream>
using namespace std;
class CArray
{
    int size;   // 数组元素的个数
    int *ptr;   // 指向动态分配的数组
    public:
        CArray(int s=0);  // s代表数组元素的个数，构造函数
        CArray(CArray & a);
        ~CArray();
        void push_back(int v);  // 用于在数组尾部添加一个元素v
        CArray & operator = (const CArray & a);  // 用于数组对象间的赋值，深拷贝
        int length() {return size;}  // 返回数组元素个数
        // int & CArray::operator[](int i)  // 返回值为int 不行！不支持a[i] = 4
        int & operator[](int i)  // 返回值为int 不行！不支持a[i] = 4，所以返回值定义为引用
        {
            // 用以支持根据下表访问数组元素，
            // 如n=a[i]和a[i]=4;这样的语句
            return ptr[i];
        }
    //非引用的函数返回值不可以作为左值使用
};

// 构造函数
CArray::CArray(int s):size(s)
{
    if(s == 0)
        ptr = NULL;
    else    
        ptr = new int[s];  // 动态分配一个内存空间
}

// 复制构造函数（防止数组地址冲突）
CArray::CArray(CArray & a)
{
    if(!a.ptr)
    {
        ptr = NULL;
        size = 0;
        return ;
    }
    ptr = new int[a.size];
    memcpy(ptr, a.ptr, sizeof(int)*a.size);   //一共拷贝sizeof(int)*a.size字节的内容
    size = a.size;
}

// 析构函数：释放动态内存空间
CArray::~CArray()
{
    // []：属于双目运算符
    if(ptr) delete [] ptr; //释放动态分配的内存空间
    // 释放之前判断一下ptr是不是空指针
}

CArray & CArray::operator=(const CArray & a)
{
    // 赋值号的作用是使用“=”左边对象里存放的数组，大小和内容都和右边的对象一样，但是存储空间是不一样的；从而实现一种深拷贝
    if(ptr == a.ptr)  // 防止a=a这样的复制导致出错
        return * this;
    if(a.ptr == NULL)
    {
        // 如果a里面的数组是空的
        if(ptr) delete [] ptr;
        ptr = NULL;
        size = 0;
        return *this;
    }
    if(size<a.size)
    {
        // 如果原有空间够大，就不用单独分配内存空间了
        if(ptr)
        {
            delete [] ptr;
        }
        ptr = new int[a.size];
    }
    memcpy(ptr, a.ptr, sizeof(int)*a.size);
    size = a.size;
    return * this;
}   // CArray & CArray::operator=(const CArray & a)

void CArray::push_back(int v)
{
    // 在数组尾部添加一个元素
    if(ptr)
    {
        int * tmpPtr = new int[size+1]; //重新分配空间，采用临时的指针tmpPtr存储
        memcpy(tmpPtr, ptr, sizeof(int)*size);  //拷贝原数组内容
        delete[] ptr;   // 删除原本的ptr空间
        ptr = tmpPtr;  // 将ptr指向刚才零时的指针
    }
    else   // 数组本来就是空的
        ptr = new int[1];
    ptr[size++] = v; // 加入新的数组元素
}

// 要编写可变长整形数组类，使之能如下使用：
int main()
{
    CArray a;  // 开始这里的数组是空的
    for(int i=0; i < 5; ++i)
    {
        a.push_back(i);     // 要用动态分配的内存来存放数组元素，需要一个指针成员变量
    }
    CArray a2, a3;
    a2 = a;    // 要重载“=”
    for(int i=0; i<a.length(); ++i)
    {
        cout << a2[i] << " ";   // a2是一个对象名，不是数组名，对象名加中括号需要重载[]
    }
    a2 = a3;  // a2是空的
    for(int i=0; i<a2.length(); ++i)  // a2.length()返回0
    {
        cout << a2[i] << " ";
    }
    a2 = a3;
    cout << endl;
    a[3] = 100;
    CArray a4(a);  //CArray的复制构造函数
    for(int i=0; i<a4.length(); ++i)
    {
        cout << a4[i] << "";
    }
    return 0;
}

Debug：最难听懂的一行代码：“=”运算符重载
a2 = a; // 要重载“=”
a2 = a3;
下面给出了debug图片可供理解。

2、流插入运算符和流提取运算符的重载

课程链接：5-5流插入运算符和流提取运算符的重载
配合下方代码解释仔细听课，即可听懂。

问题1：cout << 5 << “this”;为什么能够成立？
问题2：cout是什么？

• cout 是在 iostream 中定义的，ostream 类
  的对象。

问题3：“<<” 为什么能用在 cout上？

• “<<” 能用在cout 上是因为，在iostream里对 “<<” 进行了重载。

2.1、对形如cout << 5 ; 单个"<<"进行重载

cout << 5 ; 即 cout.operator<<(5); // 表示对cout这个对象调用operator<<这个成员函数
cout << “this”; 即 cout.operator<<( “this” );

// 有可能按以下方式重载成 ostream类的成员函数：
void ostream::operator<<(int n). // n:可以表示左移参数5
{
	…… //输出n的代码
	return;
}

2.2、对形如cout << 5 << “this” ;连续多个"<<"进行重载

考虑返回值的问题，如果返回值是void，那么cout还能接着往下运算吗？显然不可以，如果返回值是cout，那么就可以继续调用重载

ostream & ostream::operator<<(int s). // 返回值为ostream的引用
{
…… //输出n的代码
return * this;   // this指针指向了成员函数所作用的对象，那么其就是cout。那么返回值就是cout的引用（&cout）
}
ostream & ostream::operator<<( const char * s )
{
…… //输出s的代码
return * this;
}

cout << 5 << “this”; 本质上的函数调用的形式是什么？
cout.operator<<(5).operator<<(“this”);

详解案例

例题：假定c是Complex复数类的对象，现在希望写“cout << c;”，就能以“a+bi”的形式输出c的值，写“cin>>c;”，就能从键盘接受“a+bi”形式的输入，并且使得c.real = a,c.imag = b。

#include<iostream>
#include<string>
#include<cstdlib>

using namespace std;

class Complex
{
        double real, imag;
    public:
        Complex(double r=0, double i=0):real(r),imag(i) {};
        friend ostream & operator<<(ostream & os, const Complex & c);
        friend istream & operator>>(istream & is, Complex & c); 
};

// cout是ostream的成员函数，所以我们不能去写成ostream的成员函数（已经封装好了），只能写成全局函数；
// 又因为需要访问稀有成员变量，所以要用到友元函数
// 操作数的个数等于这个函数的参数个数。可以为Complex的对象，也可以是Complex的引用（能够节省时间和空间）
// os为cout的引用，即ostream & os = cout；，所以os等于cout；那么返回值也是ostream & os；所以返回值等于cout
ostream & operator<<(ostream & os, const Complex & c)
{
    os << c.real << "+" << c.imag << "i" << "i";  // 以"a+bi"的形式输出
    return os;
}

istream & operator>>(istream & is, Complex & c)
{
    string s;
    is >> s;  // 将"a+bi"作为字符串读入，"a+bi"中间不能有空格
    int pos = s.find("+", 0);
    string sTmp = s.substr(0, pos);  // 分离出代表实部的字符串
    c.real = atof(sTmp.c_str());
    // atof库函数能将const char*指针指向的内容转换为float
    sTmp = s.substr(pos+1, s.length()-pos-2);
    // 分离出代表虚部的字符串
    c.imag = atof(sTmp.c_str());
    return is;
};

int main()
{
    Complex c;
    int n;
    cin >> c >> n;  
    cout << c << "," << n;   
    return 0;
}

//程序运行结果可以如下：
13.2+133i 87
13.2+133i, 87