1. 类(Class)
封装
封装是面向对象编程的核心原则之一。在C++中,类通过将其数据(成员变量)和函数(成员函数)组合在一个单元中来实现封装。这样,类的内部实现细节被隐藏起来,只通过公共接口(即公共成员函数)与外部世界交互。
成员变量
成员变量(也称为属性或字段)存储了类的数据。它们可以是基本数据类型(如int
、float
)或其他类的实例(即对象)。
成员函数
成员函数(也称为方法)定义了类的行为。它们可以访问和修改类的成员变量,执行计算,并与外部世界交互。成员函数可以是public
、private
或protected
。
访问控制
- public:任何外部代码都可以访问。
- private:只有类本身(包括其成员函数和友元)可以访问。
- protected:与
private
相似,但还允许派生类(子类)访问。
基本结构
class ClassName {
public: // 成员变量(属性) dataType variableName; // 成员函数(方法) void functionName() { // 函数体 } private: // 私有成员变量和函数 // 外部无法直接访问 protected: // 受保护成员变量和函数 // 只能在类本身、派生类及友元函数中访问
};
2. 对象(Object)
对象是类的实例。每个对象都拥有类定义的所有成员变量,但每个对象的成员变量可以有不同的值。对象通过其成员函数与这些变量交互。
对象的创建与销毁
ClassName objectName; // 默认构造函数
ClassName objectName(value); // 参数化构造函数
- 使用类名后跟圆括号(可选地包含参数)来创建对象。
- 对象的生命周期从它被创建时开始,到它所在的作用域结束时(或显式删除时,对于动态分配的对象)结束。
- 析构函数在对象销毁时自动调用,用于执行清理工作。
3. 构造函数与析构函数
构造函数
- 构造函数是一种特殊的成员函数,用于在创建对象时初始化对象。
- 构造函数可以有参数,也可以没有参数(默认构造函数)。
- 构造函数没有返回类型,甚至连
void
都不能写。 - 如果类中没有定义任何构造函数,编译器会提供一个默认的构造函数。
ClassName::ClassName() { // 初始化代码
} ClassName::ClassName(dataType parameter) { // 使用参数初始化
}
析构函数
- 析构函数也是一种特殊的成员函数,用于在对象销毁时执行清理工作。
- 析构函数的名称是在类名前加上波浪号
~
。 - 析构函数没有参数和返回类型。
- 每个类只能有一个析构函数。
ClassName::~ClassName() { // 清理代码
}
4. 继承
继承允许我们基于已存在的类来创建新类。新类(派生类)继承了基类(父类)的属性和行为,并可以添加新的属性和行为或覆盖(重写)基类的行为。
class DerivedClass : accessSpecifier BaseClass { // 派生类定义
};
继承类型
- 公有继承:派生类中的基类成员保持其原有的访问级别(
public
、protected
、private
)。 - 保护继承:基类中的
public
和protected
成员在派生类中变为protected
。 - 私有继承:基类中的所有成员在派生类中变为
private
。
覆盖(重写)
在派生类中,我们可以定义一个与基类中具有相同名称和参数列表的成员函数,从而覆盖基类的函数。这允许派生类改变基类函数的行为。
5. 多态
多态允许通过基类指针或引用来调用派生类中的函数。这通常通过虚函数实现。
虚函数
在基类中,将函数声明为virtual
允许在派生类中重写该函数。通过基类指针或引用来调用虚函数时,将调用指针或引用所指向对象的实际类型的函数版本。
抽象基类(ABC)
抽象基类包含至少一个纯虚函数(纯虚函数是只有声明没有定义的虚函数,其声明以= 0
结尾)。抽象基类不能被直接实例化,但它可以被用作派生类的基类。
6. 友元
友元是一种让其他类或函数访问类的私有成员和保护成员的方式。友元可以是函数、其他类的成员函数或整个类。
友元函数示例
class ClassName { friend void friendFunction(ClassName &obj); // ...
}; void friendFunction(ClassName &obj) { // 可以访问ClassName的私有成员
}
友元类示例
class FriendClass; class ClassName { friend class FriendClass; // ...
}; class FriendClass { // 可以访问ClassName的私有成员
};
7. 静态成员
静态成员变量和静态成员函数属于类本身,而不是类的任何特定对象。所有对象共享同一个静态成员。
静态成员变量
静态成员变量在类的所有对象之间共享其值。它必须在类外部进行初始化。
静态成员函数
静态成员函数不能直接访问类的非静态成员变量,因为它不依赖于任何特定对象。但是,它可以访问类的静态成员变量和静态成员函数。
8. 模板类
模板类允许我们定义泛型类,即可以在编译时指定数据类型的类。这使得代码更加灵活和可重用。