【C/C++】C++言語文法

C言語を学びなおして、引き続きC++言語の文法の基礎を学習した。備忘録として残しておく。

今回も、C言語に続き、一週間で身につくC++言語の基本を教材として使わせていただいた。これが無料公開されているなんて、本当に感謝しかない。

ファイル分割
名前空間
cin/cout、ストリーム
クラス
メモリの生成と消去
継承（インヘリタンス）
ポリモーフィズム（多態性・多様性）
まとめ

ファイル分割

C言語同様に、C++のライブラリを #include <ライブラリ名> で読み込むことができる。

C言語との違い

ヘッダファイルを読み込んでいるが、C++のライブラリ名に.hは不要である。
C言語の場合、変数や関数を読み込んでいた。C++の場合、様々な「クラス」（インスタンス）を読み込む。

名前空間

名前空間は、C++言語の重要な概念である。
名前の衝突（同じ名前を付けることで呼び出し先が曖昧になること）を避けることができる。

(名前空間名)::(変数名・クラス名など）
// 「::」はスコープ解決演算子
// ex. std::cout
// stdという名前空間のcout

毎回、「std::」と定義するのは面倒なので、任意のスコープの冒頭で「using宣言」をすることで省略が可能となる。

using namespace (名前空間名);
// ex. using namespace std;
// 「std::」を全て省略して、coutに参照できる

using namespace <-name-> で省略して、複数の名前空間で同じ名前の変数・関数名があった場合に、競合してしまうことがある。これでは、名前空間での識別が無意味になってしまう。そのため、省略したい名前空間の変数や関数のみを明示することもできる。

using (名前空間名)::(変数名・クラス名など）
// ex. using std::cout;
// coutのみ、「std::」を省略して参照できる

C言語では、同じ名前の関数を定義するとエラーになる。
C++言語には、オーバーロード（多重定義）という機能があり、関数名が同じでも、引数が異なっていれば定義可能。

cin/cout、ストリーム

C言語の入出力（scanf / printf 等）も使うことができるが、C++言語では独自の実装方法がある。Linuxの標準入出力と似ている。ストリームというインターフェースを介して、ファイルやコンソールから入力を受け付けたり、出力先として設定することができる。

f:id:serip39:20220123150108j:plain

#include <iostream>

int main(){
    int a;
    std::cin >> a;
    std::cout << "a=" << a << std::endl;
    return 0;
}

オブジェクト	説明
cin	標準入力（stdin）
cout	標準出力（stdout）
cerr	標準エラー出力（stderr, unbuffered(*1)）
clog	標準エラー出力（stderr）

データの流れは、「>>」「<<」で決定する。

(*1)バッファリングとは、データを一時的に保存しておくこと。バッファからデータが掃き出すことをバッファのフラッシュという。バッファのフラッシュにより、画面に文字が表示される。cerrは、unbufferedとなっているので、毎回フラッシュが行われる。

入出力の書式や制御は、マニピュレータ（manipulator）で行うことができる。

マニピュレータ	説明
std::endl	改行文字を出力してバッファをフラッシュ
std::flush	バッファをフラッシュ

詳細は、以下を参照してほしい。

クラス

C++言語のクラスは、C言語の構造体と似ている
構造体は、複数の変数を1つにまとめたもの
クラスは、メンバとして変数と関数の両方を含めることができる

class CSample
{
public:
  CSample(); //コンストラクタ
  virtual ~CSample(); //デストラクタ
  void function(); //メンバ関数（メソッド）
  static void showAll();  //静的メンバ関数
private:
  int m_num;  //メンバ変数
  static int m_sum;  //静的メンバ変数
};

アクセス指定子	意味
public	すべての範囲から呼び出し・読み出し可能
private	同一クラスまたは同一インスタンス内でのみアクセス可能
protected	同一クラスまたは同一インスタンスおよび、サブクラスおよびそのインスタンス内でのみアクセス可能

インスタンスを生成することなく利用するできる変数、関数を静的メンバ変数、静的メンバ関数という。ただし、静的メンバ関数内では、静的メンバ変数のみしか使えないので注意が必要。

メンバへのアクセスを、そのクラスのメンバ関数（アクセスメソッド(*2)）からしかできないように制限することをカプセル化（隠蔽）と言う。

(*2) setter, getter

// オブジェクト（インスタンス）の生成
CSample obj;

メンバ変数やメンバ関数（メソッド）を使うときは、構造体と同様で、ドット演算子(.)を使う
インスタンスへのポインタを経由するときは、アロー演算子(->)を使う
静的メンバ関数を使うときは、(クラス名)::(メソッド名)()を使う

メモリの生成と消去

	メモリの生成	メモリの消去
C言語	malloc()/calloc()/realloc()	free()
C++言語	new演算子	delete演算子

malloc関数やfree関数では、コンストラクタ、デストラクタが呼び出せないため、C++では通常メモリの生成と消去には、new/deleteが用いられる。

コンストラクタ：インスタンス化時に、自動的に一度だけ呼び出される

クラス名::クラス名() : メンバ変数1(初期値1),メンバ変数2(初期値2)…
ex. CSample::CSample() : m_num(0)
{
  // インスタンス生成時に実行したい処理
}

デストラクタ：インスタンスが解放される直前に、自動的に一度だけ呼び出される

クラス名::~クラス名()
ex. CSample::~CSample()
{
  // 解放直前に実行したい処理
}

配列のメモリを解放する場合は、delete[]を用いる必要があるので注意。

#include <iostream>
int main()
{
    int *p = 0;
    int i;
    p = new int[10];  // int型10個分の領域を動的確保
    for(i=0; i<10; ++i)
    {
        p[i] = i;
        std::cout << p[i] << std::endl;
    }
    delete[] p;       // 動的に確保した領域を解放
    return 0;
}

継承（インヘリタンス）

継承とは、基本となるクラスの性質を受け継ぎ、独自の拡張をすることである。
継承元になるクラスを、親クラス、スーパークラスという。
親クラスを継承して、独自の機能を実装したクラスを、子クラス、サブクラスという。

class Sub : public SupA, public SupB
{
  // Sub member
}

子クラスのみにアクセスを許すメンバには、protected修飾子をつける。
親クラス、子クラスに同じ名前、同じ戻り値の型、同じ引数をとるメンバ関数が存在する場合、子クラスのメソッドは、親クラスのメソッドをオーバーライドする。原則的に子クラスに定義されたものが実行される。

ポリモーフィズム（多態性・多様性）

ポリモーフィズム	説明
オーバーロード	コンストラクタを含め、すべてのメンバ関数が、引数、および戻り値が違っていれば、同じ名前のついた複数の関数（メソッド）を定義することができる。
オーバーライド	親クラスと同じメソッドが子クラスに存在する場合、子クラスのメソッドで上書きすることができる。