C++ 類與對象詳解：從結構體到面向對象編程

C++ 的面向對象編程（OOP）核心是?類（Class）?和?對象（Object）。類是用戶自定義的數據類型，用于封裝數據（屬性）和操作數據的方法（行為）；對象則是類的實例。本文將從?C 風格結構體?引入，逐步深入講解 C++ 的類和對象，結合代碼和詳細說明。

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1. 從 C 風格結構體到 C++ 類

1.1 C 風格結構體（Struct）

在 C 語言中，結構體（struct）用于將多個相關變量組合成一個復合類型：

#include <iostream>
#include <cstring> // 用于 strcpy// C 風格結構體：表示一個學生
struct StudentC {char name[50]; // 姓名（字符數組）int age;       // 年齡float score;   // 分數
};int main() {// 創建結構體變量并初始化StudentC s1;strcpy(s1.name, "Alice"); // C 風格字符串賦值s1.age = 20;s1.score = 95.5f;// 訪問結構體成員std::cout << "Name: " << s1.name << ", Age: " << s1.age << ", Score: " << s1.score << std::endl;return 0;
}

說明：

• 數據完全公開，無法控制訪問權限

• 操作數據的行為(函數)與數據本身分離（結構體僅包含數據，操作需額外函數實現）

• 缺乏數據保護機制，容易導致非法修改

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1.2 C++ 結構體（增強版）

C++ 保留了?struct，但允許在結構體內定義函數（方法），并支持訪問控制（public/private）：

#include <iostream>
#include <string> // 使用 std::string 替代字符數組// C++ 結構體（帶方法）
struct StudentCpp {std::string name; // 更安全的字符串int age;float score;// 結構體內定義方法：打印學生信息void printInfo() {std::cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << ", Score: " << score << std::endl;}
};int main() {StudentCpp s2;s2.name = "Bob"; // 直接賦值s2.age = 21;s2.score = 88.0f;s2.printInfo(); // 調用結構體方法return 0;
}

說明：

• C++ 的?struct?默認成員是?public?的（與?class?默認?private?不同）。
• 可以在結構體內定義方法，但通常更推薦用?class?表達面向對象概念。

1.3 從結構體到類的關鍵轉變

C++ 中?class?和?struct?的唯一區別是默認訪問權限不同：

類是結構體的升級版，通過?訪問修飾符?控制成員的可見性，并強制將數據和方法綁定在一起：

// 使用 class 關鍵字
class Point {int x;  // 默認 privateint y;  // 默認 privatepublic:void print() {cout << "(" << x << ", " << y << ")" << endl;}void set(int newX, int newY) {if (newX >= 0 && newY >= 0) {  // 添加驗證邏輯x = newX;y = newY;}}int getX() const { return x; }  // const 成員函數int getY() const { return y; }
};int main() {Point p1;p1.set(3, 4);// p1.x = 5;  // 錯誤：x 是 private 成員cout << p1.getX() << endl;  // 正確：通過公共接口訪問return 0;
}

關鍵概念：

1. 封裝：將數據和行為組合在一起，并控制訪問權限

2. 訪問修飾符：

   • public：公開的，任何代碼都可以訪問

   • private：私有的，只有類內部可以訪問

   • protected：受保護的，類內部和派生類可以訪問

3. const 成員函數：承諾不修改對象狀態的成員函數

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2. 類的核心特性詳解

2.1?構造函數與初始化

基本構造函數

• 構造函數：
  • 特殊方法，在創建對象時自動調用，用于初始化數據。
  • 語法：ClassName(參數列表) : 初始化列表 {}。

class Student {string name;int age;double score;public:// 構造函數Student(const string& n, int a, double s) {name = n;age = a;score = s;}void display() const {cout << name << ", " << age << "歲, 成績: " << score << endl;}
};int main() {Student stu("張三", 18, 90.5);  // 調用構造函數stu.display();return 0;
}

初始化列表（更高效的初始化方式）

class Student {string name;int age;double score;public:// 使用初始化列表的構造函數Student(const string& n, int a, double s) : name(n), age(a), score(s) {  // 初始化列表// 構造函數體}
};

初始化列表的優勢：

1. 對于類類型成員，直接調用拷貝構造函數而非先默認構造再賦值

2. 對于 const 成員和引用成員，必須在初始化列表中初始化

3. 執行效率更高

默認構造函數

class Student {// ... 其他成員同上public:Student() : name("無名"), age(0), score(0) {}  // 默認構造函數// 也可以使用默認參數實現Student(const string& n = "無名", int a = 0, double s = 0) : name(n), age(a), score(s) {}
};int main() {Student stu1;          // 調用默認構造函數Student stu2("李四");  // 使用默認參數return 0;
}

2.2 靜態成員（類共享數據）

靜態成員屬于類本身，而非單個對象，所有對象共享同一份數據：

#include <iostream>class Student {
private:static int studentCount; // 靜態成員：記錄學生總數std::string name;public:Student(const std::string& n) : name(n) {studentCount++; // 創建對象時增加計數}static int getStudentCount() { // 靜態方法：訪問靜態成員return studentCount;}
};// 初始化靜態成員（必須在類外定義）
int Student::studentCount = 0;int main() {Student s6("Eve");Student s7("Frank");std::cout << "Total Students: " << Student::getStudentCount() << std::endl; // 輸出 2return 0;
}

說明：

• 靜態成員需在類外單獨定義和初始化。
• 靜態方法只能訪問靜態成員，不能訪問非靜態成員。

3. 對象：類的實例

3.1 對象的創建與銷毀

對象是類的實例，通過構造函數初始化，析構函數清理資源：

#include <iostream>class Resource {
public:Resource() {std::cout << "Resource acquired!" << std::endl;}~Resource() { // 析構函數std::cout << "Resource released!" << std::endl;}
};int main() {{Resource res; // 創建對象，調用構造函數// ... 使用 res ...} // 離開作用域，自動調用析構函數return 0;
}

輸出：

Resource acquired!
Resource released!

析構函數特點：

1. 名稱是?~?加類名，無參數無返回值

2. 在對象生命周期結束時自動調用

3. 用于釋放資源、清理內存等收尾工作

4. 如果不顯式定義，編譯器會生成默認析構函數

3.2 對象作為函數參數

對象可以通過值傳遞、引用傳遞或指針傳遞：

#include <iostream>class Point {
public:int x, y;Point(int xVal, int yVal) : x(xVal), y(yVal) {}
};// 1. 值傳遞（拷貝對象）
void printPointByValue(Point p) {std::cout << "Value: (" << p.x << ", " << p.y << ")" << std::endl;
}// 2. 引用傳遞（避免拷貝）
void printPointByRef(const Point& p) {std::cout << "Ref: (" << p.x << ", " << p.y << ")" << std::endl;
}int main() {Point p1(10, 20);printPointByValue(p1); // 拷貝 p1printPointByRef(p1);   // 直接引用 p1return 0;
}

建議：

• 大型對象使用?const?引用傳遞（避免拷貝開銷）。
• 需要修改對象時使用非?const?引用或指針。

4. 總結

概念	說明
結構體（Struct）	C 風格數據組合，C++ 增強后支持方法，默認成員公開。
類（Class）	封裝數據和方法，通過訪問修飾符控制可見性，支持構造函數/析構函數。
對象	類的實例，通過構造函數初始化，析構函數清理資源。
靜態成員	屬于類而非對象，所有對象共享同一份數據。
封裝性	通過私有數據和公有方法保護數據安全性。