C++OOP對(duì)象和類

本文將從入門的角度介紹C++OOP中的類和對(duì)象，事實(shí)上C++的類和對(duì)象遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止本文所介紹的內(nèi)容。

不過(guò)如果你感興趣，我會(huì)把其他的內(nèi)容逐一通過(guò)文章的形式介紹給你。

1.預(yù)備知識(shí)

面向?qū)ο缶幊蹋∣OP）是一種特殊的、設(shè)計(jì)程序的概念性方法，C++通過(guò)一些特性改進(jìn)了C語(yǔ)言，使得應(yīng)用這種方法更加容易。下面是最重要的OOP特性：

• 抽象
• 封裝和數(shù)據(jù)隱藏
• 多態(tài)
• 繼承
• 代碼可重用性

為了實(shí)現(xiàn)上述特性并把它們結(jié)合在一起，C++提供了類和對(duì)象。

我們首先來(lái)討論一下OOP。雖然C++偶爾討論了OOP，但更多的還是諸如C、Pascal和BASIC等語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性方法。下面看一個(gè)例子，它將揭示OOP的核心觀點(diǎn)與過(guò)程性編程的差別。

一般來(lái)說(shuō)一場(chǎng)球賽的進(jìn)球數(shù)量可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)輔助計(jì)算例如每個(gè)選手的投球次數(shù)、命中率等等。如果這些由C++等利用OOP編寫(xiě)程序，我們可以通過(guò)在一個(gè)函數(shù)中調(diào)用另一個(gè)函數(shù)，可以通過(guò)構(gòu)建一個(gè)球隊(duì)的類，或者建立一個(gè)球員的對(duì)象，通過(guò)調(diào)用函數(shù)的方式完成計(jì)算。而反觀過(guò)程性編程，程序員需要用函數(shù)調(diào)用另一個(gè)函數(shù)來(lái)計(jì)算，用數(shù)組或變量等記錄結(jié)果等等。

總之，如果采用過(guò)程性編程，首先考慮的是遵循的步驟，然后再考慮這些數(shù)據(jù)。

對(duì)于OOP程序員，我們需要跟蹤的就是球員，需要用一個(gè)對(duì)象表示整個(gè)選手的各個(gè)方面的表現(xiàn)。

采用OOP，首先要從用戶的角度考慮對(duì)象——描述對(duì)象所需的數(shù)據(jù)以及描述用戶與數(shù)據(jù)交互所需的操作。完成接口描述后，需要確定如何實(shí)現(xiàn)接口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。最后，使用新的設(shè)計(jì)方案創(chuàng)建出程序。

2.抽象和類

生活中充滿了復(fù)雜性，處理它們的方法就是簡(jiǎn)化和抽象。

2.1 數(shù)據(jù)抽象

數(shù)據(jù)抽象是指，只向外界提供關(guān)鍵信息，并隱藏其后臺(tái)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，即只表現(xiàn)必要的信息而不呈現(xiàn)細(xì)節(jié)。

數(shù)據(jù)抽象是一種依賴于接口和實(shí)現(xiàn)分離的編程（設(shè)計(jì)）技術(shù)。

讓我們舉一個(gè)現(xiàn)實(shí)生活中的真實(shí)例子，比如一臺(tái)電視機(jī)，您可以打開(kāi)和關(guān)閉、切換頻道、調(diào)整音量、添加外部組件（如喇叭、錄像機(jī)、DVD 播放器），但是您不知道它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，也就是說(shuō)，您并不知道它是如何通過(guò)纜線接收信號(hào)，如何轉(zhuǎn)換信號(hào)，并最終顯示在屏幕上。

因此，我們可以說(shuō)電視把它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)和外部接口分離開(kāi)了，您無(wú)需知道它的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理，直接通過(guò)它的外部接口（比如電源按鈕、遙控器、聲量控制器）就可以操控電視。

現(xiàn)在，讓我們言歸正傳，就 C++ 編程而言，C++ 類為數(shù)據(jù)抽象提供了可能。它們向外界提供了大量用于操作對(duì)象數(shù)據(jù)的公共方法，也就是說(shuō)，外界實(shí)際上并不清楚類的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。

例如，您的程序可以調(diào)用 sort() 函數(shù)，而不需要知道函數(shù)中排序數(shù)據(jù)所用到的算法。實(shí)際上，函數(shù)排序的底層實(shí)現(xiàn)會(huì)因庫(kù)的版本不同而有所差異，只要接口不變，函數(shù)調(diào)用就可以照常工作。

2.2 類

類是一種將抽象轉(zhuǎn)換為用戶定義的C++工具，它將數(shù)據(jù)表示和操控?cái)?shù)據(jù)的方法組合成一個(gè)整潔的包。下面我們來(lái)看看一個(gè)表示股票的類。

首先我們需要將股票的一股表示為一個(gè)基本單元，定義一個(gè)表示一股股票的類，然而，這意味著需要100個(gè)股票的單元才能構(gòu)成100股。這將使工作量超標(biāo)。相反，我們可以通過(guò)將某人持有的某種股票作為一個(gè)基本單元，數(shù)據(jù)表示中包含他所持有的股票數(shù)量。

具體地說(shuō)，我們可以將執(zhí)行的操作簡(jiǎn)化和限制為：

• 獲得股票
• 增持
• 賣出股票
• 更新股票價(jià)格
• 顯示持股信息

根據(jù)上述操作的需求來(lái)定義stock類的公共接口，我們可以通過(guò)調(diào)用接口來(lái)完成這些操作。而對(duì)于需要儲(chǔ)存的信息，我們將它再次簡(jiǎn)化，我們最終將儲(chǔ)存以下信息：

• 公司名稱
• 所持股票數(shù)量
• 每股的價(jià)格
• 股票總值

2.3 接口

接口是一個(gè)共享的框架，共兩個(gè)系統(tǒng)交互時(shí)使用。例如張三想要把銀行里存的錢取走，需要在銀行或者ATM機(jī)取走他在銀行系統(tǒng)里存的錢。

對(duì)于類，我們稱為公共接口。在公共接口里，公共（public）是使用類的程序，而接口由程序員提供的調(diào)用類方法組成。例如，想要計(jì)算string對(duì)象包含多少個(gè)字符，我們無(wú)需打開(kāi)對(duì)象，只需要使用其提供的size方法。方法size()便是用戶與string類之間的公共接口。

3.C++中的類和對(duì)象

C++ 在 C 語(yǔ)言的基礎(chǔ)上增加了面向?qū)ο缶幊蹋珻++ 支持面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)。類是 C++ 的核心特性，通常被稱為用戶定義的類型。

類用于指定對(duì)象的形式，它包含了數(shù)據(jù)表示法和用于處理數(shù)據(jù)的方法。類中的數(shù)據(jù)和方法稱為類的成員。函數(shù)在一個(gè)類中被稱為類的成員。

3.1 C++類的定義

定義一個(gè)類，本質(zhì)上是定義一個(gè)數(shù)據(jù)類型的藍(lán)圖。這實(shí)際上并沒(méi)有定義任何數(shù)據(jù)，但它定義了類的名稱意味著什么，也就是說(shuō)，它定義了類的對(duì)象包括了什么，以及可以在這個(gè)對(duì)象上執(zhí)行哪些操作。

類定義是以關(guān)鍵字 class 開(kāi)頭，后跟類的名稱。類的主體是包含在一對(duì)花括號(hào)中。類定義后必須跟著一個(gè)分號(hào)或一個(gè)聲明列表。例如，我們使用關(guān)鍵字 class 定義 Box 數(shù)據(jù)類型，如下所示：

class Box {   
    public:      
    double length;   // 盒子的長(zhǎng)度      
    double breadth;  // 盒子的寬度      
    double height;   // 盒子的高度 
};

關(guān)鍵字public確定了類成員的訪問(wèn)屬性。在類對(duì)象作用域內(nèi)，公共成員在類的外部是可訪問(wèn)的。您也可以指定類的成員為 private或 protected。

3.2 C++對(duì)象的定義

類提供了對(duì)象的藍(lán)圖，所以基本上，對(duì)象是根據(jù)類來(lái)創(chuàng)建的。聲明類的對(duì)象，就像聲明基本類型的變量一樣。下面的語(yǔ)句聲明了類 Box 的兩個(gè)對(duì)象：

Box Box1;          // 聲明 Box1，類型為 Box
Box Box2;          // 聲明 Box2，類型為 Box

對(duì)象 Box1 和 Box2 都有它們各自的數(shù)據(jù)成員。

3.3 C++訪問(wèn)數(shù)據(jù)成員

類的對(duì)象的公共數(shù)據(jù)成員可以使用直接成員訪問(wèn)運(yùn)算符.來(lái)訪問(wèn)。

下面這個(gè)例子能幫助你理解上述概念

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;   // 長(zhǎng)度
      double breadth;  // 寬度
      double height;   // 高度
      // 成員函數(shù)聲明
      double get(void);
      void set( double len, double bre, double hei );
};
// 成員函數(shù)定義
double Box::get(void)
{
    return length * breadth * height;
}
 
void Box::set( double len, double bre, double hei)
{
    length = len;
    breadth = bre;
    height = hei;
}
int main( )
{
   Box Box1;        // 聲明 Box1，類型為 Box
   Box Box2;        // 聲明 Box2，類型為 Box
   Box Box3;        // 聲明 Box3，類型為 Box
   double volume = 0.0;     // 用于存儲(chǔ)體積
 
   // box 1 詳述
   Box1.height = 5.0; 
   Box1.length = 6.0; 
   Box1.breadth = 7.0;
 
   // box 2 詳述
   Box2.height = 10.0;
   Box2.length = 12.0;
   Box2.breadth = 13.0;
 
   // box 1 的體積
   volume = Box1.height * Box1.length * Box1.breadth;
   cout << "Box1 的體積：" << volume <<endl;
 
   // box 2 的體積
   volume = Box2.height * Box2.length * Box2.breadth;
   cout << "Box2 的體積：" << volume <<endl;
 
 
   // box 3 詳述
   Box3.set(16.0, 8.0, 12.0); 
   volume = Box3.get(); 
   cout << "Box3 的體積：" << volume <<endl;
   return 0;
}

3.4 C++類成員函數(shù)

類的成員函數(shù)是指那些把定義和原型寫(xiě)在類定義內(nèi)部的函數(shù)，就像類定義中的其他變量一樣。類成員函數(shù)是類的一個(gè)成員，它可以操作類的任意對(duì)象，可以訪問(wèn)對(duì)象中的所有成員。

讓我們看看之前定義的類 Box，現(xiàn)在我們要使用成員函數(shù)來(lái)訪問(wèn)類的成員，而不是直接訪問(wèn)這些類的成員：

class Box
{
   public:
      double length;         // 長(zhǎng)度
      double breadth;        // 寬度
      double height;         // 高度
      double getVolume(void);// 返回體積
};

成員函數(shù)可以定義在類定義內(nèi)部，或者單獨(dú)使用范圍解析運(yùn)算符 :: 來(lái)定義。在類定義中定義的成員函數(shù)把函數(shù)聲明為內(nèi)聯(lián)的，即便沒(méi)有使用 inline 標(biāo)識(shí)符。所以您可以按照如下方式定義 getVolume() 函數(shù)：

class Box
{
   public:
      double length;      // 長(zhǎng)度
      double breadth;     // 寬度
      double height;      // 高度
   
      double getVolume(void)
      {
         return length * breadth * height;
      }
};

您也可以在類的外部使用范圍解析運(yùn)算符 :: 定義該函數(shù)，如下所示：

double Box::getVolume(void)
{
    return length * breadth * height;
}

在這里，需要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，在 :: 運(yùn)算符之前必須使用類名。調(diào)用成員函數(shù)是在對(duì)象上使用點(diǎn)運(yùn)算符（.），這樣它就能操作與該對(duì)象相關(guān)的數(shù)據(jù)。

這里需要注意的是，定義在類中的成員函數(shù)缺省都是內(nèi)聯(lián)的，如果在類定義時(shí)就在類內(nèi)給出函數(shù)定義，那當(dāng)然最好。如果在類中未給出成員函數(shù)定義，而又想內(nèi)聯(lián)該函數(shù)的話，那在類外要加上 inline，否則就認(rèn)為不是內(nèi)聯(lián)的。例如：

class A
{
    public:void Foo(int x, int y) {  } // 自動(dòng)地成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)
}

將成員函數(shù)的定義體放在類聲明之中雖然能帶來(lái)書(shū)寫(xiě)上的方便，但不是一種良好的編程風(fēng)格，上例應(yīng)該改成：

// 頭文件
class A
{
    public:
    void Foo(int x, int y);
}
// 定義文件
inline void A::Foo(int x, int y){} 

inline 是一種用于實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵字

關(guān)鍵字 inline 必須與函數(shù)定義體放在一起才能使函數(shù)成為內(nèi)聯(lián)，僅將inline 放在函數(shù)聲明前面不起任何作用。

如下風(fēng)格的函數(shù) Foo 不能成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：

void Foo(int x, int y);
inline void Foo(int x, int y) {}  // inline 與函數(shù)定義體放在一起

而如下風(fēng)格的函數(shù)Foo 則成為內(nèi)聯(lián)函數(shù)：

void Foo(int x, int y);inline void Foo(int x, int y) {}  // inline 與函數(shù)定義體放在一起

現(xiàn)在我們來(lái)梳理一下上面所說(shuō)的程序，如下所示

#include <iostream>
 
using namespace std;
 
class Box
{
   public:
      double length;         // 長(zhǎng)度
      double breadth;        // 寬度
      double height;         // 高度
 
      // 成員函數(shù)聲明
      double getVolume(void);
      void setLength( double len );
      void setBreadth( double bre );
      void setHeight( double hei );
};
 
// 成員函數(shù)定義
double Box::getVolume(void)
{
    return length * breadth * height;
}
 
void Box::setLength( double len )
{
    length = len;
}
 
void Box::setBreadth( double bre )
{
    breadth = bre;
}
 
void Box::setHeight( double hei )
{
    height = hei;
}
 
// 程序的主函數(shù)
int main( )
{
   Box Box1;                // 聲明 Box1，類型為 Box
   Box Box2;                // 聲明 Box2，類型為 Box
   double volume = 0.0;     // 用于存儲(chǔ)體積
 
   // box 1 詳述
   Box1.setLength(6.0); 
   Box1.setBreadth(7.0); 
   Box1.setHeight(5.0);
 
   // box 2 詳述
   Box2.setLength(12.0); 
   Box2.setBreadth(13.0); 
   Box2.setHeight(10.0);
 
   // box 1 的體積
   volume = Box1.getVolume();
   cout << "Box1 的體積：" << volume <<endl;
 
   // box 2 的體積
   volume = Box2.getVolume();
   cout << "Box2 的體積：" << volume <<endl;
   return 0;
}

該程序被編譯后執(zhí)行，會(huì)得到下列輸出

Box1 的體積： 210Box2 的體積： 1560

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！