C++ 类与对象

C++类与对象

类(Class)是C++面向对象编程的核心概念，它是用户自定义的数据类型，将数据（属性）和操作数据的函数（方法）封装在一起。对象(Object)则是类的具体实例。

基本概念

类定义

类通过class关键字定义，基本语法如下：

class ClassName {
    access_specifier:  // 访问修饰符（public/private/protected）
        member_variables;  // 成员变量
        member_functions();  // 成员函数
};

对象创建

创建类的对象有两种方式：

ClassName obj1;          // 栈上创建
ClassName* obj2 = new ClassName();  // 堆上创建（需手动释放内存）

详细说明

访问修饰符

C++提供三种访问控制：

• public：类外可访问
• private：仅类内可访问（默认）
• protected：类及其子类可访问

classDiagram class BankAccount { -balance : double +deposit(amount: double) void +withdraw(amount: double) bool +getBalance() double }

成员函数

成员函数可在类内或类外定义。类外定义时需使用作用域解析运算符::：

class Rectangle {
public:
    double width, height;
    double area();  // 声明
};

// 类外定义
double Rectangle::area() {
    return width * height;
}

构造函数与析构函数

• 构造函数：对象创建时自动调用，通常用于初始化
• 析构函数：对象销毁时自动调用，用于资源清理

class Student {
    string name;
    int age;
public:
    // 构造函数
    Student(string n, int a) : name(n), age(a) {}  // 初始化列表
    
    // 析构函数
    ~Student() {
        cout << "Student对象被销毁" << endl;
    }
};

完整示例

以下是一个银行账户类的实现：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class BankAccount {
private:
    string owner;
    double balance;

public:
    // 构造函数
    BankAccount(string o, double b) : owner(o), balance(b) {}

    // 存款
    void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
            cout << "存款成功，当前余额: " << balance << endl;
        }
    }

    // 取款
    bool withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && balance >= amount) {
            balance -= amount;
            cout << "取款成功，当前余额: " << balance << endl;
            return true;
        }
        cout << "取款失败，余额不足" << endl;
        return false;
    }

    // 查询余额
    double getBalance() {
        return balance;
    }
};

int main() {
    BankAccount account("张三", 1000.0);
    account.deposit(500.0);    // 输出：存款成功，当前余额: 1500
    account.withdraw(200.0);   // 输出：取款成功，当前余额: 1300
    account.withdraw(2000.0);  // 输出：取款失败，余额不足
    
    cout << "最终余额: " << account.getBalance() << endl;  // 输出：最终余额: 1300
    return 0;
}

高级特性

this指针

this指针指向当前对象实例，常用于解决名称冲突：

class Example {
    int x;
public:
    void setX(int x) {
        this->x = x;  // 使用this区分成员变量和参数
    }
};

静态成员

静态成员属于类而非对象：

• 静态变量：所有对象共享同一副本
• 静态函数：只能访问静态成员

class Counter {
    static int count;  // 静态成员声明
public:
    Counter() { count++; }
    static int getCount() { return count; }
};

int Counter::count = 0;  // 静态成员定义

int main() {
    Counter c1, c2, c3;
    cout << "对象数量: " << Counter::getCount();  // 输出：3
}

友元

友元函数/类可以访问类的私有成员，破坏封装性，应谨慎使用：

class Box {
    double width;
public:
    friend void printWidth(Box box);  // 友元函数声明
};

void printWidth(Box box) {
    cout << "宽度: " << box.width;  // 访问私有成员
}

实际应用案例

游戏开发

在游戏开发中，类常用于表示游戏实体：

class Character {
    string name;
    int health;
    Vector2D position;
public:
    void move(Vector2D direction);
    void takeDamage(int amount);
    void heal(int amount);
};

GUI编程

GUI框架通常使用类表示窗口控件：

class Button {
    string text;
    Rect bounds;
    function<void()> onClick;
public:
    void draw();
    void handleClick();
};

最佳实践

1. 遵循单一职责原则：每个类只负责一个功能 2. 优先使用组合而非继承 3. 成员变量尽量设为private 4. 提供完整的构造函数，避免对象处于无效状态 5. 对于资源管理类，实现Rule of Three/Five（拷贝构造函数、拷贝赋值运算符、析构函数）

常见问题

类与结构体的区别

在C++中，class和struct的唯一区别是默认访问权限：

• class默认private
• struct默认public

何时使用堆对象

以下情况考虑使用堆对象（通过new创建）：

• 对象生命周期需要超出创建它的作用域
• 对象很大，栈空间可能不足
• 需要多态特性（通过基类指针操作派生类对象）

总结

类与对象是C++面向对象编程的基础，理解这些概念对后续学习继承、多态等高级特性至关重要。关键点包括：

• 类定义数据和行为
• 访问控制保护数据完整性
• 构造函数/析构函数管理对象生命周期
• 静态成员属于类而非对象
• this指针引用当前对象