C++面向对象

面向对象的三大特征是继承，多态和封装，C++重面向对象重要的就是这些，我们下面通过一些简单的实例加以理解，从这小节开始，我们将开启新的编程旅途。与 C 语言编程的思想完全不同了，这就是 C++!理解概念和掌握这些编程方法对学习 C++有很大的好处。

类和对象

C++ 在 C 语言的基础上增加了面向对象编程，C++ 支持面向对象程序设计。类是 C++ 的核心特性，通常被称为用户定义的类型。类用于指定对象的形式，它包含了数据表示法和用于处理数据的方法。类中的数据和方法称为类的成员。函数在一个类中被称为类的成员。

打个比方说明一下什么是类，比如有一条小狗，小狗有名字叫旺财，旺财的年龄是 2 岁，同时旺财会汪汪的叫，也能跑。我们统称狗这个为类，类是我们抽象出来的，因为狗不只有上面的属性，还有体重，毛发的颜色等等，我们只抽象出几种属性成一个类。具体到哪条狗就叫
对象。

从类中实例化对象分两种方法，一种是从栈中实例化对象，一种是从堆中实例化对象。

下面以自定义狗类介绍如何自定义类和如何使用对象。
在 Ubuntu 上编辑一个 03_class_dog_example 目录，在 03_class_dog_example 目录下新建一个 03_class_dog_example.cpp 文件，内容如下。

1 #include <iostream> 

2 #include <string> 

3 using namespace std; 

4 

5 class Dog 

6 { 

7 public: 

8 string name; 

9 int age; 

10 

11 void run() { 

12 cout<<"小狗的名字是:"<<name<<","<<"年龄是"<<age<<endl; 

13 } 

14 }; 

15 

16 int main() 

17 { 

18 Dog dog1; 

19 

20 dog1.name = "旺财"; 

21 dog1.age = 2; 

22 dog1.run(); 

23 

24 Dog *dog2 = new Dog(); 

25 

26 if (NULL == dog2) { 

27 return 0; 

28 } 

29 dog2->name = "富贵"; 
30 dog2->age = 1; 

31 dog2->run(); 

32 

33 

34 delete dog2; 

35 dog2 = NULL; 

36 return 0; 

37 } 

第 5 行，定义了一个 Dog 狗，定义类时，起的类名要尽量贴近这个类，让人一看就明白，您这个类是做什么的。

第 7 行，访问限定符 public（公有的），此外还有 private（私有的）和 protected（受保护的）。写这个的目的是为了下面我们要调用这些成员，不写访问限定符默认是 private。关于访问限定符，如果是初学者可能会难理解。简单的来说，访问限定符就是设置一个成员变量和成员函数的访问权限而已，初学者暂时不必要深究什么时候应该用 public 和什么时候应该用 private。

第 8 至 11 行，定义了一个字符串变量 name，整形变量 age。和一个方法 run()。我们在这个 run()里打印相应的狗名和狗的年龄。PS：string 是 C++的数据类型，方便好用，使用频率相当高。

第 18 行，从栈中实例化一个对象 dog1(可以随意起名字)。

第 20 至 22 行，为 dog1 的成员变量赋值，dog1 的 name 赋值叫“旺财”，年龄为 2 岁。然后调用 run()方法，打印 dog1 的相关变量的信息。

第 24 行，从堆中实例化对象，使用关键字 new 的都是从堆中实例化对象。

第 26 行，从堆中实例化对象需要开辟内存，指针会指向那个内存，如果 new 没有申请内存成功，p 即指向 NULL，程序就自动退出，下面的就不执行了，写这个是为了严谨。

第 29 至 31 行，和 dog1 一样，为 dog2 的成员赋值。

第 34 和 35 行，释放内存，将 dog2 重新指向 NULL。

如果没有语法错误，我们完全可以预测到打印的结果。我们学习 C 语言的结构体，类其实和结构类似，可以说类是结构体的升级版本。

执行下面的指令开始编译。

g++ 03_class_dog_example.cpp -o 03_class_dog_example 

编译完成后执行的结果如下。

通过上面的例子我们已经学习了什么是类，和什么是对象。以描述 Dog 为一类（抽象出来的），从 Dog 类中实例出来就是对象（实际事物）。对象拥有 Dog 类里的属性，可以从栈中实例化对象，亦可从堆中实例化对象。类的编写过程和对象的使用过程大致如上了。我们只需要理解这个步骤，明白类的定义和使用即可。

构造函数与析构函数

什么是构造函数？构造函数在对象实例化时被系统自动调用，仅且调用一次。构造函数出现在哪里？前面我们学过类，实际上定义类时，如果没有定义构造函数和析构函数，编译器就会生成一个构造函数和析构函数，只是这个构造和析构函数什么事情也不做，所以我们不会注
意到一点。

构造函数的特点如下：

（1） 构造函数必须与类名同名；
（2） 可以重载，（重载？新概念，后面学到什么是重载。）；
（3） 没有返回类型，即使是 void 也不行。

什么是析构函数？与构造函数相反，在对象结束其生命周期时系统自动执行析构函数。实际上定义类时，编译器会生成一个析构函数。

析构函数的特点如下：

（1） 析构函数的格式为~类名()；
（2） 调用时释放内存（资源）；
（3） ~类名()不能加参数；
（4） 没有返回值，即使是 void 也不行。

下面我们通过简单的例子来说明构造函数和析构函数的使用。新建一个目录04_structor_example，编辑一个 04_structor_example.cpp 内容如下。

1 #include <iostream> 

2 #include <string> 

3 using namespace std; 

4 

5 class Dog 

6 { 

7 public: 

8 Dog(); 

9 ~Dog(); 

10 }; 

11 

12 int main() 

13 { 

14 Dog dog; 

15 cout<<"构造与析构函数示例"<<endl; 

16 return 0; 

17 } 

18 

19 Dog::Dog() 

20 { 

21 cout<<"构造函数执行！"<<endl; 

22 } 

23 

24 Dog::~Dog() 
25 { 

26 cout<<"析构函数执行！"<<endl; 

27 } 

我们还是以简单的狗类作为示例，定义一个狗类，把构造函数和析构函数写上。前面不是说会自动生成构造函数和析构函数的吗？注意是编译时，编译器生成的。当我们要使用构造函数和析构函数时需要我们自己在类里添加。

第 5 至第 10 行，定义了一个狗类，并在里面写了构造函数和析构函数。

第 14 行，使用 Dog 类实例化一个 dog 对象。

第 15 行，打印一句"构造与析构函数示例"。

第 19 至 22 行，类的函数可以在类里实现，也可以在类外实现，不过在类外实现时需要使用“::”，此时我们把类的构造函数定义在类的外面，打印一句"构造函数执行！"。

第 14 至 27 行，类的析造函数定义在类的外面，打印一句"析造函数执行！"。

执行下面的指令开始编译。

g++ 04_structor_example.cpp -o 04_structor_example 

编译完成后执行的结果如下。

其实执行的结果也是可以预测的，在对象实例化时会调用构造函数，所以 Dog()先执行，然后再在 main()函数里继续执行 cout<<“构造与析构函数示例”<<endl;。最后对象生命周期结束时才会执行析构函数。

2.2.1.2 this 指针

一个类中的不同对象在调用自己的成员函数时，其实它们调用的是同一段函数代码，那么成员函数如何知道要访问哪个对象的数据成员呢？

没错，就是通过 this 指针。每个对象都拥有一个 this 指针，this 指针记录对象的内存地址。

在 C++中，this 指针是指向类自身数据的指针，简单的来说就是指向当前类的当前实例对象。

关于类的 this 指针有以下特点：

（1） this 只能在成员函数中使用，全局函数、静态函数都不能使用 this。实际上，成员函数默认第一个参数为 T * const this。也就是一个类里面的成员了函数 int func(int p)，func 的原型在编译器看来应该是 int func(T * const this,int p)。

（2） this 在成员函数的开始前构造，在成员函数的结束后清除。

（3） this 指针会因编译器不同而有不同的放置位置。可能是栈，也可能是寄存器，甚至全局变量。

下面以简单的例子来说明 this 的用法。我们还是以狗类为例，按上面的 this 解释，this 只能够在成员函数使用，并可以指向自身数据。我们就可以写这样简单的例子来说明 this 的用法。

我们在 Qt 里也会遇到 this 这个东西，下面这个例子就很容易解释 Qt 里的 this 指针的用法。

新建一个目录 05_this_pointer_example，编辑一个 05_this_pointer _example.cpp 内容如下。

1 #include <iostream> 

2 #include <string> 

3 using namespace std; 

4 

5 class Dog 

6 { 

7 public: 

8 string name; 

9 void func(); 

10 }; 

11 

12 int main() 

13 { 

14 Dog dog; 

15 dog.func(); 

16 return 0; 

17 } 

18 

19 void Dog::func() 

20 { 

21 this->name = "旺财"; 

22 cout<<"小狗的名字叫："<<this->name<<endl; 

23 } 

第 21 和 22 行，在类的成员函数里使用了 this 指针，并指向了类里的成员 name。先将 name赋值叫“旺财”，然后我们打印 name 的值。
当程序没有语法错误里我们可以预测打印的结果，就是“小狗的名字叫：旺财”。

执行下面的指令开始编译。

g++ 05_this_pointer_example.cpp -o 05_this_pointer_example 

程序执行的结果如下。

继承

面向对象程序设计中最重要的一个概念是继承。继承允许我们依据另一个类来定义一个类，这使得创建和维护一个应用程序变得更容易。这样做，也达到了重用代码功能和提高执行效率的效果。

当创建一个类时，您不需要重新编写新的数据成员和成员函数，只需指定新建的类继承了一个已有的类的成员即可。这个已有的类称为基类，新建的类称为派生类。在 Qt 里大量的使用了这种特性，当 Qt 里的类不满足自己的要求时，我们可以重写这个类，就是通过继承需要重写
的类，来实现自己的类的功能。

一个类可以派生自多个类，这意味着，它可以从多个基类继承数据和函数。定义一个派生类，我们使用一个类派生列表来指定基类。类派生列表以一个或多个基类命名，形式如下：

class derived-class: access-specifier base-class 

与类的访问修饰限定符一样，继承的方式也有几种。其中，访问修饰符 access-specifier 是 public、protected 或 private 其中的一个，base-class 是之前定义过的某个类的名称。如果未使用访问修饰符 access-specifier，则默认为 private。

下面来捋一捋继承的方式，例子都是以公有成员和公有继承来说明，其他访问修饰符和其他继承方式，大家可以在教程外自己捋一捋。这个公有成员和继承方式也没有什么特别的，无非就是不同的访问权限而已，可以这样简单的理解。

1. 公有继承（public）：当一个类派生继承公有基类时，基类的公有成员也是派生类的公有成员，基类的保护成员也是派生类的保护成员，基类的私有成员不能直接被派生类访问，但是可以通过调用基类的公有和保护成员来访问。

2. 保护继承（protected）： 当一个类派生继承保护基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的保护成员。

3. 私有继承（private）：当一个类派生继承私有基类时，基类的公有和保护成员将成为派生类的私有成员。

下面我们还是以狗类为例，在 2.2.1 小节里我们定义的狗类，已经定义了 name，age 和 run()方法。假设我们不想重写这个狗类，而是新建一个 Animal 类，让狗类去继承这个 Animal 类。

假设是公有继承，那么我们是不是可以在狗类实例的对象里去使用继承 Animal 类里的成员呢？

带着这个疑问，我们使用下面的例子来说明。

新建一个目录 06_inherit_example，编辑一个 06_inherit_example.cpp 内容如下。

1 #include <iostream> 

2 #include <string> 

3 using namespace std; 

4 

5 /*动物类，抽象出下面两种属性， 

6 *颜色和体重，是每种动物都具有的属性 

7 */ 

8 class Animal 

9 { 

10 public: 

11 /* 颜色成员变量 */ 

12 string color; 

13 /* 体重成员变量 */ 

14 int weight;
15 }; 

16 

17 /*让狗类继承这个动物类，并在狗类里写自己的属性。 

18 *狗类拥有自己的属性 name，age，run()方法，同时也继承了 

19 *动物类的 color 和 weight 的属性 

20 */ 

21 class Dog : public Animal 

22 { 

23 public: 

24 string name; 

25 int age; 

26 void run(); 

27 }; 

28 

29 int main() 

30 { 

31 Dog dog; 

32 dog.name = "旺财"; 

33 dog.age = 2; 

34 dog.color = "黑色"; 

35 dog.weight = 120; 

36 cout<<"狗的名字叫："<<dog.name<<endl; 

37 cout<<"狗的年龄是："<<dog.age<<endl; 

38 cout<<"狗的毛发颜色是："<<dog.color<<endl; 

39 cout<<"狗的体重是："<<dog.weight<<endl; 

40 return 0; 

41 } 

第 21 行，Animal 作为基类，Dog 作为派生类。Dog 继承了 Animal 类。访问修饰符为 public（公有继承）。
执行下面的指令开始编译。

  
g++ 06_inherit_example.cpp -o 06_inherit_example 

编译完成执行的结果为如下。