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一、基础概念
- 什么是类？
定义：类是用户自定义的数据类型，是对象的蓝图或模板。
组成：
成员变量（属性）：描述对象的特征（如：汽车的品牌、颜色）
成员函数（方法）：定义对象的行为（如：汽车启动、加速）
- 什么是对象？
定义：对象是类的实例（Instance），占用内存空间。
类比：
类 → 建筑设计图纸
对象 → 按图纸建造的房子
二、类的定义与使用
- 基本语法
class ClassName {
public: // 访问修饰符（后续详解）// 成员变量DataType member1;DataType member2;// 成员函数ReturnType method1(Parameters) { ... }ReturnType method2(Parameters);
};// 类外定义成员函数
ReturnType ClassName::method2(Parameters) { ... }
- 示例：汽车类
#include <iostream>
#include <string>class Car {
public:// 成员变量std::string brand;std::string color;int speed;// 成员函数void accelerate(int increment) {speed += increment;}void displayInfo() {std::cout << brand << " " << color << ", Speed: " << speed << " km/h\n";}
};int main() {// 创建对象Car myCar;myCar.brand = "Toyota";myCar.color = "Red";myCar.speed = 0;// 调用方法myCar.accelerate(20);myCar.displayInfo(); // 输出: Toyota Red, Speed: 20 km/hreturn 0;
}
三、访问控制
- 访问修饰符
- public：类外可直接访问
- private（默认）：仅类内和友元可访问
- protected：类内、派生类、友元可访问
- 封装（Encapsulation）原则
隐藏内部实现，通过公共接口控制访问
- 目的：规范访问
- 示例：
class BankAccount {
private:double balance; // 私有变量public:void deposit(double amount) {if (amount > 0) balance += amount;}double getBalance() {return balance;}
};int main() {BankAccount account;account.deposit(1000);// account.balance = -500; // 错误！无法直接访问私有成员std::cout << account.getBalance(); // 正确
}
四、构造函数（Constructor）与析构函数（Destructor）
- 构造函数
- 作用：初始化对象（自动调用）
- 特点：
与类同名
无返回类型
可重载（多个构造函数） - 示例：
class Student {
private:std::string name;int age;public:// 默认构造函数Student() : name("Unknown"), age(0) {}// 带参数构造函数Student(std::string n, int a) : name(n), age(a) {}void display() {std::cout << name << ", " << age << " years old\n";}
};int main() {Student s1; // 调用默认构造函数Student s2("Alice", 20); // 调用带参数构造函数s2.display(); // Alice, 20 years old
}
- 析构函数
- 作用：清理资源（如释放内存）
- 特点：
名称：~ClassName()
无参数，不可重载 - 示例：
class FileHandler {
public:FileHandler() { std::cout << "File opened\n"; }~FileHandler() { std::cout << "File closed\n"; } // 析构函数
};int main() {FileHandler f; // 构造时输出// 析构函数在对象离开作用域时自动调用
}
// 输出：
// File opened
// File closed
五、静态成员
- 静态变量
- 特性：
属于类而非对象
所有对象共享同一份拷贝 - 示例：
class Counter {
public:static int count; // 声明静态变量Counter() { count++; }~Counter() { count--; }
};int Counter::count = 0; // 定义并初始化int main() {Counter c1, c2;//定义c1和c2时都进行了加一操作std::cout << Counter::count; // 输出 2
}
- 静态函数
- 只能访问静态成员
- 示例：
class MathUtils {
public:static int square(int x) { return x * x; }
};int main() {std::cout << MathUtils::square(5); // 输出 25
}
六、继承（Inheritance）
- 基本语法
class BaseClass { /* ... */ };// 公有继承
class DerivedClass : public BaseClass { /* ... */ };
- 示例：动物类层次
class Animal {
public:void eat() { std::cout << "Eating...\n"; }
};class Dog : public Animal {
public:void bark() { std::cout << "Woof!\n"; }
};int main() {Dog myDog;myDog.eat(); // 继承自基类myDog.bark(); // 派生类自有方法
}
七、多态（Polymorphism）
- 虚函数（Virtual Functions）
class Shape {
public:virtual void draw() { // 虚函数std::cout << "Drawing a shape\n";}
};class Circle : public Shape {
public:void draw() override { // 重写虚函数std::cout << "Drawing a circle\n";}
};int main() {Shape* shape = new Circle();shape->draw(); // 输出: Drawing a circledelete shape;
}
八、练习与巩固
基础练习：
定义一个 Book 类，包含书名、作者、价格属性和显示信息的方法。
- 简单版本代码示例：
#include <iostream>
#include <string>class Book {
public:// 成员变量std::string book_name;std::string author;float price;// 成员函数void displayInfo() {std::cout << book_name << " " << author << ", price: " << price << "yuan\n";}
};int main() {// 创建对象Book mybook;mybook.book_name = "if give me three days light";mybook.author = "omb";mybook.price = 20.5;// 调用方法mybook.displayInfo(); // 输出: Toyota Red, Speed: 20 km/hreturn 0;
}
- 改进版：
代码评价与改进建议
- 封装性不足
问题：成员变量（book_name, author, price）被声明为 public，外部可以直接修改，破坏了面向对象的封装原则。
改进：将成员变量设为 private，通过公共方法（getter/setter）访问。
- 缺少构造函数
问题：对象创建后需要逐个手动赋值，容易遗漏初始化。
改进：添加构造函数，方便对象初始化。
- 代码规范性
建议：避免 using namespace std;，改为显式使用 std:: 前缀（防止命名冲突）。
改进后的代码：
#include <iostream>
#include <string>class Book {
private: // 成员变量设为私有，增强封装性std::string book_name;std::string author;double price; // 使用 double 提高精度public:// 构造函数（初始化成员变量）Book(const std::string& name, const std::string& author_name, double book_price): book_name(name), author(author_name), price(book_price) {}// 显示书籍信息（const 表示不修改成员变量）void displayInfo() const {std::cout << "Book: " << book_name << "\nAuthor: " << author << "\nPrice: " << price << " yuan\n";}// Getter/Setter 方法（保护数据安全）void setPrice(double new_price) {if (new_price >= 0) { // 简单的数据校验price = new_price;}}double getPrice() const { return price; }// 可以类似添加其他属性的 getter/setter
};int main() {// 使用构造函数初始化对象Book mybook("If I Had Three Days of Light", "Helen Keller", 20.5);// 调用方法显示信息mybook.displayInfo(); // 输出正确的书籍信息// 修改价格（通过 setter）mybook.setPrice(25.0);std::cout << "Updated price: " << mybook.getPrice() << " yuan\n";return 0;
}
改进点详解
- 封装性
为什么重要：封装是面向对象的核心原则，可以防止外部代码意外修改对象内部状态。
实现方式：
成员变量设为 private
通过 getPrice() 和 setPrice() 方法访问和修改价格
- 构造函数
优势：
- 强制在创建对象时提供完整初始化数据
- 避免对象处于“半初始化”状态
- 使用成员初始化列表（更高效）
语法：
Book(const std::string& name, const std::string& author_name, double book_price): book_name(name), author(author_name), price(book_price) {}
- 输出格式修正
修正后的输出示例：
Book: If I Had Three Days of LightAuthor: Helen KellerPrice: 20.5 yuan
- 其他优化
数据类型：price 改为 double（更精确的浮点数）
const 正确性：displayInfo() 和 getPrice() 标记为 const
数据校验：在 setPrice() 中检查价格非负
进阶挑战：
- 实现一个 Stack 类，包含压栈（push）、弹栈（pop）、查看栈顶元素的方法
- 使用私有数组存储数据，确保封装性