C++學習筆記（十：類與對象基礎）

往篇內容：

?C++學習筆記（一）
????????一、C++編譯階段※

????????二、入門案例解析?

????????三、命名空間詳解

????????四、C++程序結構

C++學習筆記（二）

????????五、函數基礎

??????? 六、標識符

????????七、數據類型

????????補充：二進制相關的概念

? ? ? ? ? ? ? ? ? sizeof 運算符簡介

????????補充：原碼、反碼和補碼

C++學習筆記（三）

????????補充：ASCII碼表

????????八、內存構成

?????????補充：變量

????????九、指針基礎?

?????? ?十、const關鍵字

????????十一、枚舉類型?

C++學習筆記（四）

????????十二、類型轉換

????????十三、define指令?

???? ? ?十四、typedef關鍵字

???? ? ?十五、運算符

????????十六、流程控制

C++學習筆記（六）

? ? ? ? 十七、數組

C++學習筆記（七）

? ? ? ? 十八、指針

C++學習筆記（八）

????????十九、函數進階

? ? ? ? 二十、變量進階

C++學習筆記（九）

? ? ? ? 二十一、結構體

? ? ? ? 二十二、聯合

二十三、類與對象

1、面向過程

2、面向對象

?3、類

4、對象

5、成員引用

?6、成員函數

?7、inline函數

?8、對象內存

?9、this指針

10、類與結構體的區別?

11、封裝特性?

二十三、類與對象

1、面向過程

????????面向過程程序設計（Procedural-Oriented Programming, POP）是一種以“過程”為中心的編程思想。它強調的是解決問題的步驟和流程，通過函數（或稱為過程）來組織代碼。

????????在 C++ 中，雖然支持 OOP，但仍然兼容傳統的面向過程編程方式，例如使用全局變量、函數等。

思想：“先做什么，再做什么”，即按照順序執行一系列操作來完成任務。

特點：?

特性	描述
程序結構	由主函數調用多個函數組成
數據與行為分離	數據和操作數據的函數是分開的
順序執行為主	強調流程控制，按步驟執行
全局變量	常用于共享數據
函數重用	可以通過函數復用代碼邏輯

示例：

#include <iostream>
using namespace std;void add(int a, int b) {cout << "Sum: " << a + b << endl;
}int main() {int x = 5, y = 10;add(x, y); // 調用函數return 0;
}

2、面向對象

????????面向對象程序設計（Object-Oriented Programming, OOP）是一種以“對象”為核心的編程思想。它將現實世界中的事物抽象為對象，每個對象包含數據（屬性）和對數據的操作（方法）。

????????C++ 是一種多范式語言，其中最強大的特性就是對 OOP 的完整支持。

思想：“萬物皆對象”，程序由一組相互協作的對象構成，每個對象封裝了自身的狀態和行為

四大核心特性：?

概念	描述
封裝（Encapsulation）	將數據和操作封裝在一個類中，對外隱藏實現細節
繼承（Inheritance）	子類可以繼承父類的屬性和方法，實現代碼復用
多態（Polymorphism）	同一個接口可以有多種實現，運行時決定具體行為
抽象（Abstraction）	提取共性特征，忽略復雜實現細節

示例：

#include <iostream>
using namespace std;class Rectangle {
private:int width, height;public:Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}int area() {return width * height;}
};int main() {Rectangle rect(5, 10);cout << "Area: " << rect.area() << endl;return 0;
}

?3、類

????????類（class）是用戶自定義的數據類型，用于封裝數據（屬性）和操作這些數據的方法（行為）。它是面向對象編程（OOP）的核心概念之一。

????????你可以把類看作是“藍圖”或“模板”，而對象則是根據這個模板創建出來的具體實例。

定義格式：?

class 類名{

????????成員訪問限定符: //private,public,protected三種取值

????????????????[數據成員s];

????????????????[成員函數s];

};

?成員訪問限定符：用來指定個數據成員的訪問屬性

public ：類內類外都可以訪問
private ：只能被本類的成員函數引用，類外不能調用(特殊情況后面再討論)
protected ：和private類似，派生時情況不同

注意事項：

成員訪問限定符可以出現多次
作用范圍：從當前限定符到下一個限定符或到類的 }

示例：

class Student {

private:

????????string name;

????????int age;

public:

????????void setName(string n) { name = n; }

????????void setAge(int a) { age = a; }

????????void printInfo() {

????????????????cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << endl;

????????}

};

注意事項：?

聲明或定義類類型時不分配內存空間，用類類型實例創建對象時，分配內存空間
不指定成員限定符，默認為 private
定義類對象的方式有3種，與結構體類似
類的成員函數只能由類的對象或指針調用（特殊情況后續討論）

4、對象

客觀世界中任何事物都可以看成對象，對象由屬性和方法組成，每個對象都具有靜態的屬性和動態的功能。
具有相同屬性和功能的對象，我們可以把它們歸為一類，故而我們可以得出結論：類是對象的抽象，對象是類的實例。

抽象概念理解：抽象的過程是將有關事物的共性歸納、集中的過程。

定義對象格式：

class 類名對象名;

類名對象名; //推薦

//定義類的同時實例化對象

class 類名{

????????數據成員s;

????????成員函數s;

}對象1,對象2...對象n;

//定義匿名類，同時實例化對象

class {

????????數據成員s;

????????成員函數s;

}對象1,對象2...對象n;

案例：

#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;// 定義類類型
class Student {// 默認權限修飾符為 private// 成員函數，一般 public
public:void disp() {cout << "id: " << id << endl;cout << "name: " << name << endl;cout << "age: " << age << endl;}// 權限修飾符，一般數據成員 private// private:
public:int id;char name[20];int age;
} s3 = {1020, "lucy", 21}; // 列表初始化依舊有用int main() {// 由類類型實例化對象【定義變量】Student s1;s1.id = 1001;// s1.name = "tom"; error，詳見字符串數組strcpy(s1.name, "tom");s1.age = 20;// 類對象調用成員函數Student s2 = s1; // 修正：刪除了多余的class關鍵字s2.disp();cout << "--------------" << endl;s3.disp();return 0;
}

?注意：對象初始化可以采用列表的方式進行，數據成員不能為private。

5、成員引用

使用類對象調用數據成員或成員函數有2種方式：

對象名.成員名;
類指針變量->成員名;

案例：

#include <iostream>
using namespace std;// 自定義結構體類型
class Student {
public:int num;char name[20];char sex;int age;float score;char addr[30];public:// 成員函數必須通過類對象或指針來調用// 對象名.disp(); 指針變量->disp();void disp() {cout << "Student: [" << num << "," << name << "," << sex<< "," << age << "," << score << "," << addr << "]" << endl;}
};// 值傳遞
void printStudent(Student s) {cout << "Student: " << s.num << "," << s.name << "," << s.sex << "," << s.age << "," << s.score << "," << s.addr << endl;
}// 指針傳遞
void printStudent(Student *p) {cout << "Student: {" << p->num << "," << p->name << "," << p->sex << "," << p->age << "," << p->score << "," << p->addr << "}" << endl;
}// 引用傳遞（注意：不能與值傳遞同名，會產生二義性）
void printStudent2(Student &s) {cout << "Student: (" << s.num << "," << s.name << "," << s.sex << "," << s.age << "," << s.score << "," << s.addr << ")"<< endl;
}int main() {// 初始化Student s = {2001, "Tom", 'M', 19, 78.5, "平遙學院路56號"};printStudent(s);    // 值傳遞printStudent2(s);   // 引用傳遞Student *ps = &s;printStudent(ps);   // 指針傳遞cout << "---------------------" << endl;s.disp();           // 成員函數調用return 0;
}

?6、成員函數

????????類的成員函數（member function）是類的重要組成部分之一。它們定義了類的行為，即對象可以執行的操作。

????????它的用法和作用和之前學習的函數基本上是一樣的，也有返回值和函數類型，它與一般函數的區別只是：它是屬于一個類的成員，出現在類體中。

????????在使用類函數時，要注意調用它的權限 (它能否被調用 )以及它的作用域 (函數能使用什么范圍中的數據和函數 )。

成員函數定義方式

① 在類內定義（隱式內聯）

class Circle {

private:

????????double radius;

public:

????????void setRadius(double r) { radius = r; } // 類內定義

????????double getArea() { return 3.14159 * radius * radius; }

};

?? 這種方式適合簡單函數，編譯器會嘗試將其優化為內聯函數（inline）。

?② 在類外定義（推薦）

class Circle {

private:

????????double radius;

public:

????????void setRadius(double r); // 函數聲明

????????double getArea();

};

// 類外實現

// 返回值類型類名::函數名(參數列表);

void Circle::setRadius(double r) {

????????radius = r;

}

double Circle::getArea() {

????????return 3.14159 * radius * radius;

}

? 推薦這種方式：代碼更清晰、結構更合理，便于維護。?

注意：

如果函數名前面既無類名又無 ∷ ，如 ∷display() 或 display() ，這表示 display 函數不屬于任何類，這個函數不是成員函數，而是全局函數，即非成員函數的一般普通函數。

③ 成員函數的調用?

成員函數可以通過對象或指針來調用：

Circle c;

c.setRadius(5.0); // 通過對象調用

c.printInfo();

Circle* pc = &c;

pc->setRadius(10.0); // 通過指針調用

④ const成員函數

如果你希望某個成員函數不修改類成員變量的值，那可以將其聲明為const 。

class Rectangle {

private:

????????int width, height;

public:

????????int area() const {

????????????????return width * height; // 不允許修改成員變量

}

????????//獲取周長

????????int perimeter() const;

};

//類外定義const函數，一定要跟上const修飾

int Rectangle::perimeter() const

{

????????//width = 2; error

????????return 2 * (width + height);

}

🔒 注意：const 成員函數只能訪問其他 const 成員函數，不能修改任何數據成員。

?7、inline函數

????????為了減少時間開銷，如果在類體中定義的成員函數中不包括循環等控制結構，C++系統會自動將它們作為內聯 inline 函數來處理。

class Circle {

private:

????????double radius;

public:

????????//類內定義，即使沒有inline聲明,默認也為inline函數

????????void setRadius(double r) { radius = r; }

????????double getArea() { return 3.14159 * radius * radius; }

};

在調用 setRadius、getArea 時，并不真正執行函數調用過程，而是將函數代碼嵌入程序的調用點，大大減少了調用成員函數的時間開銷。

注意1：

如果成員函數在類體外定義**，系統并不把它默認為 inline 函數。

注意2：

如果要在類體外定義 inline 函數，需要在函數定義前加上 inline ，還應將類定義和成員函數的定義都放在同一個頭文件中 (或者寫在同一個源文件中)，否則編譯時無法進行代碼嵌入。例如：

?//函數定義時加inline，聲明時則不需要

inline void Circle∷setRadius(double r)

{

????????radius = r;

}

弊端：上述做法，不利于類的接口與類的實現分離，不利于信息隱蔽。雖然程序的執行效率提高了，但從軟件工程質量的角度來看，這樣做并不是好的辦法。

?8、對象內存

????????用類去定義對象時，系統會為每一個對象分配存儲空間。每個對象占用內存空間大小，只取決于數據成員和對齊方式，和成員函數沒有任何關系。

案例：?

#include <iostream>
#include <cstddef> // for alignof
using namespace std;class MyClass {
public:int x;double y;char z;void disp() {cout << "x: " << x << ", y: " << y << ", z: " << z << endl;}
};int main() {cout << "Alignment of MyClass: " << alignof(MyClass) << " bytes" << endl;cout << "Size of MyClass: " << sizeof(MyClass) << " bytes" << endl;MyClass obj;obj.x = 10;obj.y = 3.14;obj.z = 'A';obj.disp();MyClass obj2;obj2.x = 3;obj2.y = 2.5;obj2.z = 'x';obj2.disp();return 0;
}

思考：為什么調用不同對象成員函數時，執行完全相同的一段函數代碼，但是執行結果是不相同的？

答：因為成員函數可以訪問和操作對象的實例數據（屬性）。每個對象的屬性值是獨立存儲的，因此即使函數代碼相同，執行時基于不同的屬性值會產生不同的結果。

?9、this指針

每個非靜態成員函數都有一個隱藏參數： this ，它是一個指向當前對象的指針。

this 是指向調用該函數的對象的指針
常用于解決形參與成員變量同名的問題
可以用來返回當前對象（常用于鏈式調用）

案例：

#include <iostream>
#include <string>  // 補充缺失的頭文件
using namespace std;class MyClass {
public:string name;int x;double y;char z;void disp() {// this指向成員函數的調用者cout << "this: " << this << endl;cout << "name: " << this->name << ", x: " << this->x;cout << ", y: " << this->y << ", z: " << this->z << endl;}void setName(const string& name) {this->name = name;  // 也可以區分同名變量}
};int main() {MyClass c1 = {"zs", 10, 3.14, 'M'};cout << "&c1: " << &c1 << endl;c1.disp();cout << "--------------" << endl;MyClass c2 = {"jack", 20, 2.4, 'F'};cout << "&c2: " << &c2 << endl;c2.disp();return 0;
}

10、類與結構體的區別?

C++增加了class類型后，仍保留了結構體類型(struct)，它不是簡單地繼承 C 的結構體，而是使它也具有類的特點，以便于用于面向對象程序設計。用struct聲明的結構體類型實際上也就是類，兩者區別如下：

struct的缺省作用域為public

class的缺省作用域為private

11、封裝特性?

類背后蘊含的思想是數據抽象和封裝，兩個重要優點：

避免類內部出現無意的、可能破壞對象狀態的用戶級錯誤
隨時間推移根據需求改變或缺陷報告來完善類實現，而不需要改變用戶級代碼

????????C++通過類實現數據的封裝，將相關的數據與對數據的操作封裝到一個類中。

????????類里面的數據和成員函數通過成員限定符的修飾，改變了這些成員的訪問屬性，實現了信息的隱蔽。

????????在修改代碼時，具體修改某個類，不會對別的類產生影響，方便調試檢查錯誤，這對于大型項目尤為重要。

在C++中，封裝通常通過以下方式實現：

使用 private 或 protected 訪問修飾符來限制對類成員的直接訪問
提供公共方法（ getter 和 setter ）來間接訪問或修改私有成員變量

案例：

class BankAccount {
private:double balance; // 私有成員變量，外部無法直接訪問public:// 構造函數BankAccount(double initialBalance) : balance(initialBalance) {}// Getter 方法double getBalance() const {return balance;}// 存款方法void deposit(double amount) {if (amount > 0) {balance += amount;}}// 取款方法bool withdraw(double amount) {if (balance >= amount && amount > 0) {balance -= amount;return true;}return false;} // 修正：將分號移至此處
}; // 修正：類定義結束符

?????????在這個例子中， balance 變量是私有的，外界不能直接訪問它。相反，提供了 getBalance , deposit 和 withdraw 方法作為與 balance 交互的接口。