【C++】C++类
文章目录
- 面向对象程序设计思想
- 类概述
- 类的声明与定义
- 类的实现
- 对象的声明
面向对象程序设计思想
面向对象是一种符合人类思维习惯的程序设计思想。现实生活中存在各种形态不同的事物，这些事物之间存在着各种各样的联系。
在程序中使用对象映射现实中的事物，利用对象之间的关系描述事物之间的联系，这种思想就是面向对象。
面向过程是分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数把这些步骤一一实现，使用的时候依次调用就可以了。
面向对象不同于面向过程，它是把构成问题的事物按照一定规则划分为多个独立的对象，然后通过调用对象的方法解决问题。当然，一个应用程序会包含多个对象，通过多个对象的相互配合即可实现应用程序所需的功能，这样当应用程序功能发生变动时，只需要修改个别对象就可以了，使代码更容易维护。
面向对象程序设计思想有三大特征：封装、继承和多态。
1.封装
封装是面向对象程序设计思想最重要的特征。封装就是隐藏，它将数据和数据处理过程封装成一个独立性很强的模块，避免外界直接访问对象属性而造成耦合度过高以及过度依赖。
封装是面向对象的核心思想，将对象的属性和行为封装起来，行为对外提供接口，不需要让外界知道具体的实现细节。例如，用户使用电脑，只需要通过外部接口连接鼠标、键盘等设备操作电脑就可以了，无须知道电脑内部的构成以及电脑是如何工作的。
2.继承
继承主要描述的是类与类之间的关系，通过继承无须重新编写原有类，就能对原有类的功能进行扩展。
例如，有一个交通工具类，该类描述了交通工具的特性和功能，而小汽车类不仅包含交通工具的特性和功能，还应该增加小汽车特有的功能，这时可以让小汽车类继承交通工具类，在小汽车类中单独添加小汽车特有的属性和方法就可以了。继承不仅增强了代码复用性，提高了开发效率，而且也为程序的维护提供了便利。
在软件开发中，继承使软件具有开放性、可扩充性，这是数据组织和分类行之有效的方法，它简化了类和对象的创建工作量，增强了代码的可重用性。
3.多态
多态是指事物的多种表现形态。
例如，上课铃声响起后，各科老师准备去不同的班级上课，上体育课的学生在操场站好了队等体育老师发布口令，上文化课的学生听到铃声后回到各自的班级，这就是多态。
在面向对象程序设计思想中，多态就是不同的对象对同一信息产生不同的行为。多态是面向对象技术中的一个难点，很多初学者都难以理解。面向对象的多态特性使得开发更科学、更符合人类的思维习惯，更有效地提高软件开发效率，缩短开发周期，提高软件可靠性。
类概述
面向对象中的对象需要通过定义类来声明。“对象”是一种形象的说法，在程序中是通过定义类来实现对象的。
C++类不同于汉语中的类、分类、类型，它是一个特殊的概念，可以对同一类型事物进行抽象处理，它也可以是一个层次结构中的不同层次节点。例如，将客观世界看成一个Object类，动物是客观世界中的一小部分，定义为Animal类；狗是一种哺乳动物，是动物的一类，定义为Dog类；鱼也是一种动物，定义为Fish类。类的层次关系如下图所示。
类是一种新的数据类型，它和结构体有些相似，是由不同的数据类型组成的集合体，但类比结构体增加了操作数据的行为，这个行为就是函数。
类的声明与定义
类是对象的抽象，是一种自定义数据类型，它用于描述一组对象的共同属性和行为。
类是用户自己指定的类型。如果在程序中要用到类这种类型，则必须自己根据需要进行声明，或者使用别人设计好的类。
类的声明格式如下：
class 类名
{
权限控制符：
成员;
};
关于类定义格式的具体介绍如下：
- class是定义类的关键字。
- 类名是类的标识符，其命名遵循标识符的命名规范。
- 类名后面的一对大括号，用于包含类的成员，类的所有成员要在这一对大括号中声明。类中可以定义成员变量（也称为属性）和成员函数（也称为方法），成员变量用于描述对象的属性，成员函数用于描述对象的行为。
- 声明类的成员时，通常需要使用权限控制符限定成员的访问规则，权限控制符包括public、protected和private，这三种权限控制符的权限依次递减。
- 大括号的后面的一个分号“；”用于表示类定义的结束。
权限控制符介绍
public（公有类型）：被public修饰的成员也称为公有成员。公有成员是类的外部接口，可以被所属类的成员函数、类对象、派生类对象、友元函数、友元类访问。
protected（保护类型）：被protected修饰的成员称为保护成员，其访问权限介于私有和公有之间，可以被所属类的成员函数、派生类对象、友元类和友元函数访问。
private（私有类型）：被private修饰的成员称为私有成员，只能被所属类的成员函数、友元函数、友元类访问。
类中数据成员的类型可以是任意的，如整型、浮点型、字符型、数组、指针和引用等，也可以是对象。一个类的对象可以作为另一个类的成员，但是一个类的成员不可以是自身类的对象，而自身类的指针或引用又是可以作为该类的成员的。
注意
在定义类结构体和结构体时，花括号后面要有分号。
下面根据上述格式定义一个学生类，该类描述的学生属性包括姓名、性别和年龄等，行为包括学习、考试等，具体定义代码如下所示：
class Student // 定义学生类Student
{
public: // 公有权限
void study(); // 声明表示学习的成员函数
void exam(); // 声明表示考试的成员函数
private: // 私有权限
string _name; // 声明表示姓名的成员变量
int _age; // 声明表示年龄的成员变量
};
上述代码定义了一个简单的学生类Student，该类中有_name、_age两个成员变量，它们是类的私有成员；除了成员变量，该类还定义了study()和exam()两个成员函数，它们是类的公有成员。通常情况下，类的成员函数在类中声明，在类外实现。
类的实现
要使用这个类的成员函数，还要对其定义具体的操作。下面介绍如何定义类的成员函数。
(1)将类的成员函数定义在类体内。
#include <iostream>
using namespace std;
class Rectangle
{
public:
int width;
int height;
// 内联函数，将成员函数定义在类体内
int area() const
{
return width * height;
}
};
int main()
{
Rectangle rect;
rect.width = 5;
rect.height = 10;
cout << "Area of rectangle: " << rect.area() << endl;
return 0;
}
(2)将类体内的成员函数的实现放在类体外。
如果将类的成员定义在类体外，则需要用到作用域运算符“：：”，在类体内和类体外效果是一样的。
#include <iostream>
using namespace std;
class Rectangle
{
public:
int width;
int height;
int area() const; // 声明成员函数
};
// 在类体外定义成员函数
int Rectangle::area() const
{
return width * height;
}
int main()
{
Rectangle rect;
rect.width = 5;
rect.height = 10;
cout << "Area of rectangle: " << rect.area() << endl;
return 0;
}
在类外实现成员函数，必须在返回值之后、函数名之前加上所属的类作用域，即“类名::”，表示函数属于哪个类。
如果函数名前没有类名和作用域限定符“::”，则函数不是类的成员函数，而是一个普通的函数。
上面两种方式都是将代码存储在同一个文件内。
使用C++语言还可以实现将函数的声明和函数的实现放在不同的文件内，一般将函数的声明放在头文件内，将函数的实现放在实现文件内。
同样，可以将类的定义放在头文件内，将类成员函数的实现放在实现文件内。存放类的头文件和实现文件的文件名最好和类名相同或相似。
下面是一个示例：
Rectangle.h（头文件）：
#ifndef RECTANGLE_H
#define RECTANGLE_H
class Rectangle
{
public:
int width;
int height;
int area() const; // 声明成员函数
};
#endif
Rectangle.cpp（源文件）：
#include "Rectangle.h"
int Rectangle::area() const
{
return width * height;
}
main.cpp：
#include <iostream>
#include "Rectangle.h"
using namespace std;
int main()
{
Rectangle rect;
rect.width = 5;
rect.height = 10;
cout << "Area of rectangle: " << rect.area() << endl;
return 0;
}
关于类的实现有如下两点说明。
(1)类的数据成员需要初始化，还要为成员函数添加实现代码。类的数据成员不可以在类的声明中初始化。
(2)空类是C++语言中最简单的类，其声明形式如下：
class MyEmptyClass {
// 空类，没有成员
};
空类只是起到占位的作用，在需要的时候再定义类的成员及实现。
对象的声明
类和对象的关系，如同建筑设计图纸与建筑物的关系，类是对象的模板，对象是类的实体。
在定义了一个新类后，就可以通过类名来声明对象了。声明形式如下：
类名 对象名称表;
类名是定义好的新类的标识符；对象名称表中包括一个或多个对象的名称，如果声明的是多个对象，则使用逗号运算符分隔对象名称。
例如，声明一个对象如下：
CPerson p;
声明多个对象如下：
CPerson p1,p2,p3;
声明完对象后就可以引用对象了，引用对象有两种方式，其中一种是成员引用方式，另一种是对象指针方式。
(1)成员引用方式。
对象名称.成员名称
这里的“.”是一个运算符，该运算符的功能是表示对象的成员。
成员函数引用的形式如下：
对象名称.成员名称(参数表)
例如：
CPerson p;
p.m_iIndex;
(2)对象指针方式。
对象声明形式中的对象名称表，除了包括使用逗号运算符分隔的多个对象名称，还可以包括对象名称数组、对象名称指针和引用形式的对象名称。
例如，声明一个对象指针如下：
CPerson *p;
但要想使用对象的成员，则需要使用“->”运算符，它是表示成员的运算符，与“.”运算符的含义相同。“->”用于表示对象指针所指向的成员，对象指针就是指向对象的指针。例如：
CPerson *p;
p->m_iIndex;
下面的对象数据成员的两种表示形式是等价的：
对象指针名称->数据成员
与
(*对象指针名称).数据成员
同样，下面的成员函数的两种表示形式也是等价的：
对象指针名称->成员名称(参数表)
与
(*对象指针名称).成员名称(参数表)
例如：
CPerson *p;
(*p).m_iIndex; // 对类中的成员进行引用
p->m_iIndex; // 对类中的成员进行引用