C++类和对象初识

• 面向过程
  1.1 面向过程特点
  1.2 通俗解释：煮方便面
  1.3 面向过程实现代码
  1.4 特点总结

• 面向对象
  2.1 面向对象特点
  2.2 通俗解释：对象协作思维
  2.3 面向对象实现代码
  2.4 特点总结

• 面向对象和面向过程总结

• C++ 面向对象介绍
  4.1 面向对象三大基本特征

  • 封装（Encapsulation）

  • 继承（Inheritance）

  • 多态（Polymorphism）
    4.2 三大特征的通俗解释

• C++ 类与对象初识
  5.1 类的定义
  5.2 类的对象
  5.3 类的访问控制与封装
  5.4 类的成员函数

  • 声明与实现都放在 .h 文件中

  • 声明放在 .h 文件，定义放在 .cpp 文件

• 总结

面向过程和面向对象

面向过程

核心是强调过程/步骤,程序就是一系列函数和语句的组合,把问题分解为一系列步骤(函数),数据在函数间传递

面向过程特点:

1. 以函数为中心: 函数是主要的组织单位
2. 数据与函数分离:数据结构独立存在,函数对数据进行操作
3. 自顶向下设计:先规划整体流程,再逐步细化
4. 适合小型程序:逻辑简单，编写快速
   
   

面向对象

强调对象,程序由对象组成,对象封装了数据(属性)和行为(方法),面向对象是通过模拟现实世界中的事物和关系来解决问题

面向对象特点:

1. 以对象为中心: 对象是基本单位
2. 数据与方法封装:对象内部隐藏实现细节,通过接口与外部交互
3. 三大特性:封装（Encapsulation）、继承（Inheritance）、多态（Polymorphism
4. 适合大型复杂系统:可扩展,可复用,可维护
   
   

通俗解释

以煮方便面为例对比面向过程和面向对象

面向过程:
思维方式: 一步步按流程来做

1. 烧开水
2. 打开调料包倒进碗里
3. 把面饼放进开水煮熟
4. 把面和汤放进碗里
5. 等待一下,就可以吃了
   这里每个动作就是一个"函数/步骤",整个煮面过程就是把这些步骤顺序执行

面向过程实现代码:

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono> // 用于等待
using namespace std;
// 步骤 1: 烧开水
void boilWater() {cout << "正在烧开水..." << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));cout << "水已经烧开了。" << endl;
}
// 步骤 2: 打开调料包倒进碗里
void addSeasoning() {cout << "打开调料包，倒进碗里。" << endl;
}
// 步骤 3: 把面饼放进开水煮熟
void cookNoodles() {cout << "把面饼放进开水里煮..." << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2));cout << "面已经煮熟了。" << endl;
}
// 步骤 4: 把面和汤放进碗里
void serveNoodles() {cout << "把面和汤一起倒进碗里。" << endl;
}
// 步骤 5: 等待一下，就可以吃了
void waitAndEat() {cout << "等待冷却一下..." << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));cout << "可以开动啦！" << endl;
}
int main() {boilWater();addSeasoning();cookNoodles();serveNoodles();waitAndEat();return 0;
}

特点:

• 以"过程为主"
• 如果要换成"煮饺子",要重新写一套步骤
• 不强调"面"本身的特性,只关心动作顺序
  
  
  面向对象:
  思维方式：把事物抽象成对象
• 有一个水壶对象,它有属性: 容量,水温,有方法: 烧水()
• 有一个面对象,它有属性:面饼大小,口味,有方法: 煮()
• 有一个调料对象,它有方法: 添加()
• 有一个人对象,他只需要调用

person.做饭(面, 水壶, 调料)

只要调用对象的方法,就能完成煮面

这里强调的是对象之间的协作,而不是具体的步骤细节

面向对象实现代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>using namespace std;// 水壶对象
class Kettle {
public:void boilWater() {cout << "水壶开始烧水..." << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));cout << "水壶烧开了水。" << endl;}
};// 调料对象
class Seasoning {
public:void addToBowl() {cout << "调料包已倒入碗中。" << endl;}
};// 面对象
class Noodle {
public:void cook() {cout << "面饼放进开水中煮..." << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(2));cout << "面已经煮熟了。" << endl;}
};// 人对象
class Person {
public:void cookNoodles(Kettle& kettle, Seasoning& seasoning, Noodle& noodle) {kettle.boilWater();   // 调用水壶的方法seasoning.addToBowl(); // 调用调料的方法noodle.cook();        // 调用面的煮方法cout << "把面和汤一起倒进碗里。" << endl;cout << "等待冷却一下..." << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));cout << "可以开动啦！" << endl;}
};int main() {Kettle kettle;Seasoning seasoning;Noodle noodle;Person person;person.cookNoodles(kettle, seasoning, noodle);return 0;
}

特点:

• 以"对象"为主
• 如果换成"煮饺子",只需要定义一个饺子对象,人对象调用==做饭(饺子,水壶,调料)==就行
• 强调复用性和扩展性

面向对象和面向过程总结

面向过程是一种以步骤和函数为核心的编程思想，强调“怎么做”，适合小型、逻辑清晰的程序；而面向对象则以对象及其属性和行为为核心，强调“谁来做”，通过封装、继承和多态实现更好的复用与扩展，适合构建大型、复杂、可维护的系统

c++面向对象介绍

C++ 面向对象（OOP, Object-Oriented Programming）是一种程序设计思想，它将现实世界中的事物抽象成“对象”，通过对象之间的交互来完成程序功能。C++ 在 C 的基础上引入了类（class）和对象（object）,使得它既支持面向过程（POP）,又支持面向对象。

面向对象三大基本特征

C++ 面向对象的核心特性是 封装、继承、多态：

• 封装
  • 把数据（成员变量）和操作数据的函数（成员函数）封装到类中，形成一个整体。
  • 提供 public / private / protected 访问权限，保证数据安全。
  • 举例：银行卡类，余额是私有的，必须通过 取钱()、存钱() 方法来访问。
• 继承
  • 一个类可以继承另一个类的成员（变量和方法）。
  • 允许代码复用，同时可以扩展功能
  • 举例：学生类 继承 人类，就自动拥有了姓名、年龄属性，还可以扩展为学号、成绩。
• 多态
  • 相同的操作针对不同对象有不同的表现。
  • 分为 静态多态（函数重载、运算符重载）和 动态多态（虚函数 + 基类指针/引用）。
  • 举例：动物 类有一个 speak() 方法，狗 调用时输出“汪汪”，猫 调用时输出“喵喵”。
    
    

面向对象三大基本特征的通俗解释

封装就像一个自动售货机,你只需要按按钮投币(调用接口)，不需要知道机器内部怎么找零，怎么调货(内部实现被隐藏),在编程里，封装就是把数据和操作打包起来，只暴露需要的部分。可以保护数据安全，别人不能乱动


继承就像儿子继承父亲的基因和财产，儿子天生就有父亲的特征（属性和方法，但儿子还可以有自己独特的技能（扩展功能）。在编程里，继承就是子类自动拥有父类的代码，可以复用和扩展。可以不用重复造轮子


多态就像大家就像大家都能说“打招呼”，但表达方式不同：

• 中国人说：“你好！”
• 美国人说：“Hello!”
• 日本人说：“こんにちは！”
  虽然动作一样，但不同人表现不同，在编程里，多态就是同一个接口，不同对象有不同的实现。可以让代码更灵活

C++类与对象初识

• 类(class)：定义了一类事物的属性和行为，是一种模板/蓝图
• 对象(object)：类的实例，是实际存在的个体

类的定义

类的定义由关键字class开始，并通过{}包裹类的内容，类的成员包括：

• 数据成员：用于存储类对象的状态(属性)
• 成员函数:描述对象可以执行的行为(操作)

class Car {
private:string model;  // 数据成员int year;      // 数据成员
public:// 成员函数：用来设置车辆的型号void setModel(string m);// 成员函数：用来获取车辆的型号string getModel();// 成员函数：用来设置车辆的年份void setYear(int y);// 成员函数：用来获取车辆的年份int getYear();
};

类的对象

类定义之后，我们可以创建该类的对象，类的对象即是类的实例化

int main() {Car myCar;               // 创建一个名为 myCar 的 Car 类型对象myCar.setModel("BMW");    // 设置 myCar 的 modelmyCar.setYear(2021);      // 设置 myCar 的 yearcout << myCar.getModel() << " " << myCar.getYear() << endl;  // 输出：BMW 2021return 0;
}

类的访问控制与封装

想象一下你在银行开了一个账户，账户里有余额，你或者其他人都不能跑到银行的数据库去修改余额，比如改成999999999999，这样做明显是不合理的，银行只给你两个合法的窗口:存钱和取钱,这样设计的好处有：你的余额不会被随便修改，安全性高，你只需要关心“怎么存取钱”，而不用操心银行内部如何记账，银行后台可以随时升级换系统，对客户来说使用方式不变，这其实就是封装与访问控制的真实写照

为了保护数据安全，简化使用，方便维护，体现面向对象思想，C++要对类进行访问控制与封装。

在C++中，类的成员默认是私有的，也就是说，外部无法直接访问类的成员变量，如果希望外部能够访问成员，必须通过公共接口来提供访问权限

访问权限：

• public：公有成员，类外部可以访问
• private:私有成员，类外部无法直接访问
• protected:保护成员，类外部无法直接访问，但可以被派生类访问

class Car {
private:string model;  // 私有成员变量
public:void setModel(string m) { model = m; }  // 公有成员函数string getModel() { return model; }     // 公有成员函数
};

类的成员函数

类成员函数的定义方式

在C++中，类中的成员函数可以通过两种方式进行定义：

1. 将类的声明与实现都放在一个 .h 文件中

2. 将类的声明放在 .h 文件中，将实现放在 .cpp 文件中

我们首先来看第一种方式：

将声明和定义都放在 .h 文件中的方式

这种做法并不推荐，主要有以下几个问题：

1. 可能导致重复定义：如果 .h 文件被多个源文件包含，就会在每个源文件中生成一份函数的实现，导致链接时发生重复定义错误。

2. 编译速度变慢：每个源文件都会重新编译类的实现部分，导致编译时间增加。

3. 模块边界不清晰：将实现放在头文件中，会让代码的结构变得不清晰，维护起来比较困难。

例如，下面是一个简单的例子：

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>class Person {std::string _name;std::string _sex;int _age;
public:Person(std::string name, std::string sex, int age) {_name = name;_sex = sex;_age = age;}void show();  // 函数声明
};// 这里是函数定义，直接放在了头文件中
void Person::show() {std::cout << "姓名：" << _name << std::endl;std::cout << "性别：" << _sex << std::endl;std::cout << "年龄：" << _age << std::endl;
}

#include"Person.h"
int main()
{Person p("张三", "男", 20);p.show();
}

然后在另一个 .cpp 文件中：

#include"Person.h"
void test()
{Person p1("张三", "男", 20);p1.show();
}

上述代码不能成功编译，原因是头文件中的函数定义会在每个包含该头文件的 .cpp 文件中生成一份，最终会导致链接时出现重复定义的错误。

即使没有发生重复定义，编译速度也会因为每个源文件都需要重新编译函数实现部分而变慢。此外，这种做法会导致模块之间的边界不清晰，代码的结构会变得不容易维护。

将类的声明放在 .h 文件中，将实现放在 .cpp 文件中

将类的声明放在.h文件中，实现放在.cpp文件中，是C++开发中的标准做法，不仅解决了上面重复定义的问题还带来了提升编译效率，增强代码的模块化、封装性 和 可维护性，同时也提高了 代码的可读性 和 可重用性 的好处。这种做法是C++中的标准实践

总结

在本篇博客中，我们对比了面向过程（Procedural Programming）与面向对象（Object-Oriented Programming）两种常见的编程思想，并通过通俗易懂的示例进行了讲解。

• 面向过程强调程序的执行顺序，适用于逻辑简单、功能明确的小型程序。它通过将问题拆解为一系列步骤或函数，着重于“怎么做”。

• 面向对象则通过模拟现实世界中的对象与关系，将数据与操作封装到对象中，强调“谁来做”。它通过封装、继承和多态这三大特性，提升了代码的复用性、扩展性和可维护性，适合大型、复杂的系统设计。

通过代码示例，我们展示了两种思想在实际编程中的应用。面向过程的设计直接关注操作步骤，灵活快捷，但扩展性差；而面向对象则通过抽象和封装将数据与行为结合，便于扩展与维护。不同的场景下，我们可以根据程序的复杂度和需求来选择合适的设计思想。
在学习和使用面向对象时，我们还讨论了类与对象的基本概念、封装与访问控制的实现方式，了解了如何设计和组织代码，使其更具可读性、可维护性与可扩展性。
最终，面向过程和面向对象并不是对立的，二者各有优劣。在实际开发中，我们往往会根据具体需求综合使用它们，从而达到最佳的开发效果。掌握这两种编程思想，并在合适的场景中应用，将使我们成为更高效、更有创造力的软件开发者。