「C++系列」类/对象

文章目录

一、类
- 1. 基本类的定义
- 2. 类的访问控制
- 3. 类的实例化
- 4. 构造函数和析构函数
- 5. 继承
- 6. 类的使用
二、对象
- 1. 创建对象
- 2. 对象的生命周期
- 3. 对象的内存
- 4. 对象的操作
- 5. 对象的复制
- 6. 总结
三、应用案例
- 1. 定义BankAccount类
- 2. 分析
四、相关链接

一、类

C++ 类（Class）是C++面向对象编程（OOP）的基石。它允许你定义包含数据和函数的模板，这些数据和函数用于描述某种特定类型的对象。通过类，你可以创建具有属性和行为的对象。在C++中，类是一种用户定义的类型，它允许你封装数据（属性）和操作这些数据的方法（成员函数）。

1. 基本类的定义

一个C++类通过关键字class来定义，后面跟着类名和一对花括号{}，其中包含了类的成员（即数据和函数）。

class ClassName {
public:
    // 成员变量（属性）
    int variable1;
    float variable2;

    // 成员函数（行为）
    void function1() {
        // 成员函数体
    }

    // 可以有构造函数和析构函数
    ClassName() {
        // 初始化
    }

    ~ClassName() {
        // 清理资源
    }

private:
    // 私有成员变量和函数
    int privateVariable;

protected:
    // 受保护成员变量和函数
    int protectedVariable;
};

2. 类的访问控制

C++中的类成员（包括变量和函数）可以有三种访问级别：

public：公开成员可以在类的外部被访问。
private：私有成员只能在类的内部被访问，外部代码不能直接访问。
protected：受保护成员在类的内部和派生类（子类）中可以被访问，但不能在类的外部被访问。

3. 类的实例化

创建类的对象的过程称为类的实例化。使用类类型创建对象时，会分配内存以存储对象的成员变量，并可以调用其成员函数。

ClassName obj; // 创建ClassName类的一个对象obj

obj.variable1 = 10; // 访问和修改public成员变量
obj.function1(); // 调用成员函数

4. 构造函数和析构函数

构造函数是一种特殊的成员函数，它在创建对象时自动调用，用于初始化对象。
析构函数也是一种特殊的成员函数，它在对象销毁时自动调用，用于执行清理工作。

class MyClass {
public:
    MyClass() {
        // 构造函数体
    }

    ~MyClass() {
        // 析构函数体
    }
};

5. 继承

C++支持继承，这是面向对象编程的一个关键概念。通过继承，可以创建一个新的类（称为派生类或子类），这个新类可以继承一个或多个现有类（称为基类或父类）的属性和行为。

class BaseClass {
public:
    void show() {
        // 基类方法
    }
};

class DerivedClass : public BaseClass {
public:
    void display() {
        // 派生类方法
        show(); // 调用基类方法
    }
};

6. 类的使用

类提供了一种将数据和操作这些数据的方法封装在一起的方式，使得代码更加模块化和可重用。通过定义类，你可以创建具有特定属性和行为的对象，这些对象可以代表现实世界中的实体或概念。

二、对象

在C++中，对象（Object）是类（Class）的实例。当你使用类来创建变量时，你实际上是在创建该类的一个对象。对象包含了类定义中声明的所有成员变量（也称为属性或字段）的副本，并且可以使用类定义中声明的所有成员函数（也称为方法或行为）。

1. 创建对象

创建对象通常涉及使用类名后跟一对圆括号（对于没有参数的构造函数）或包含必要参数的圆括号（对于有参数的构造函数）来声明变量。

class MyClass {
public:
    int x;
    void display() {
        std::cout << "x = " << x << std::endl;
    }

    // 构造函数
    MyClass(int val) : x(val) {}
};

int main() {
    // 创建一个MyClass对象，使用构造函数初始化x为10
    MyClass obj(10);

    // 调用成员函数
    obj.display(); // 输出: x = 10

    return 0;
}

2. 对象的生命周期

对象的生命周期从它被创建（即分配内存并调用构造函数）开始，到它被销毁（即调用析构函数并释放内存）结束。在上面的例子中，obj的生命周期从它在main函数中被创建开始，到main函数执行完毕、程序退出时结束。

3. 对象的内存

每个对象都占用一定的内存空间，用于存储其成员变量的值。这些值在对象被创建时初始化（通过构造函数），并在对象被销毁时（通过析构函数）进行清理（如果有必要的话）。

4. 对象的操作

你可以通过点操作符（.）来访问对象的成员变量和成员函数。点操作符用于指定你想要访问的是哪个对象的成员。

obj.x = 20; // 访问并修改成员变量x
obj.display(); // 调用成员函数display

5. 对象的复制

在C++中，当你将一个对象赋值给另一个同类型的对象时，会发生对象的复制。默认情况下，C++使用浅复制（shallow copy），这意味着新对象会获得原始对象成员变量的副本，但如果这些成员变量是指向动态分配内存的指针，则两个对象将共享同一块内存。为了避免这种情况，你可以定义自己的复制构造函数和赋值运算符。

6. 总结

C++中的对象是类的实例，它们具有类定义中声明的所有成员变量和成员函数。对象通过构造函数创建，通过析构函数销毁，并且它们的生命周期和内存占用由C++运行时环境管理。你可以通过点操作符来访问和操作对象的成员。

三、应用案例

C++ 类和对象的应用案例非常广泛，几乎可以涵盖任何需要面向对象编程的场景。下面，我将通过一个简单的案例来展示C++中类和对象的应用。

银行账户系统，在这个案例中，我们将定义一个BankAccount类来表示银行账户，该类将包含账户的基本信息（如账户持有人姓名、账户余额）以及一些操作（如存款、取款、显示账户信息）。

1. 定义BankAccount类

#include <iostream>
#include <string>

class BankAccount {
private:
    std::string owner; // 账户持有人姓名
    double balance;    // 账户余额

public:
    // 构造函数
    BankAccount(std::string name, double initBalance) : owner(name), balance(initBalance) {}

    // 存款
    void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
            std::cout << "存款成功，当前余额：" << balance << std::endl;
        } else {
            std::cout << "存款金额必须大于0！" << std::endl;
        }
    }

    // 取款
    void withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && amount <= balance) {
            balance -= amount;
            std::cout << "取款成功，当前余额：" << balance << std::endl;
        } else {
            std::cout << "取款失败，余额不足或取款金额必须大于0！" << std::endl;
        }
    }

    // 显示账户信息
    void display() {
        std::cout << "账户持有人：" << owner << ", 当前余额：" << balance << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 创建BankAccount对象
    BankAccount account("张三", 1000.0);

    // 调用成员函数
    account.display(); // 显示账户信息
    account.deposit(500.0); // 存款
    account.withdraw(300.0); // 取款
    account.display(); // 再次显示账户信息

    return 0;
}

2. 分析

类定义：BankAccount类包含了私有成员变量owner（账户持有人姓名）和balance（账户余额），以及公有成员函数deposit（存款）、withdraw（取款）和display（显示账户信息）。
构造函数：BankAccount类有一个构造函数，用于在创建对象时初始化账户持有人姓名和初始余额。
成员函数：

deposit函数接受一个double类型的参数amount，表示要存入的金额。如果金额大于0，则更新余额并打印成功消息；否则，打印错误消息。
withdraw函数也接受一个double类型的参数amount，表示要取出的金额。如果金额大于0且不超过当前余额，则更新余额并打印成功消息；否则，打印错误消息。
display函数用于打印账户持有人的姓名和当前余额。