C++简明教程（10）（初识类）

FeboReigns2024-12-26 20:48

类的教程

C++ 类的完整教程

C++ 中，类（class）是面向对象编程的核心概念，用于定义对象的属性（数据成员）和行为（成员函数）。本教程将带你从零开始，循序渐进地学习如何定义和使用类。

1. 类的基本定义

类类似于结构体（struct），但功能更加强大。以下是类的基本定义方法：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
public: // 公有访问修饰符
    string name; // 数据成员
    int age;

    void introduce() { // 成员函数
        cout << "Hello, my name is " << name << " and I am " << age << " years old." << endl;
    }
};

注意事项

  1. 类中可以包含数据成员和成员函数。
  2. class 定义的成员默认是 private，而 struct 定义的成员默认是 public。

2. 类和对象

类是模板或蓝图，而对象是基于类创建的具体实例。

cpp 复制代码 
int main() {
    Person p; // 创建对象
    p.name = "Alice";
    p.age = 25;
    p.introduce(); // 调用成员函数

    return 0;
}

运行结果：

Hello, my name is Alice and I am 25 years old.

3. 访问修饰符：public, private, protected

访问修饰符控制类成员的访问权限：

  • public: 公有成员，可被外部访问。
  • private: 私有成员，仅类内部可以访问。
  • protected: 保护成员，通常与继承相关，本教程中不讨论。

示例：

cpp 复制代码 
class Person {
private:
    string secret; // 私有成员

public:
    string name; // 公有成员
    void setSecret(string s) { // 公有函数
        secret = s;
    }

    void showSecret() {
        cout << "Secret: " << secret << endl;
    }
};

int main() {
    Person p;
    p.name = "Bob";
    p.setSecret("I love coding."); // 使用公有函数访问私有成员
    p.showSecret();

    return 0;
}

运行结果：

Secret: I love coding.

注意事项

  1. 尽量将数据成员声明为 private，通过公有函数访问。
  2. 保护数据成员可以提高代码的安全性。

4. 构造函数

构造函数用于在创建对象时初始化数据成员。它的名字与类名相同，无返回值。

示例代码

cpp 复制代码 
class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 构造函数
    Person(string n, int a) {
        name = n;
        age = a;
    }

    void introduce() {
        cout << "Hello, my name is " << name << " and I am " << age << " years old." << endl;
    }
};

int main() {
    Person p("Charlie", 30); // 调用构造函数
    p.introduce();

    return 0;
}

运行结果：

Hello, my name is Charlie and I am 30 years old.

注意事项

  1. 构造函数没有返回值。
  2. 构造函数可以有多个参数。

5. 多种构造函数（构造函数重载）

可以定义多个构造函数以适应不同的初始化需求。

cpp 复制代码 
class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 无参构造函数
    Person() {
        name = "Unknown";
        age = 0;
    }

    // 带参构造函数
    Person(string n, int a) {
        name = n;
        age = a;
    }

    void introduce() {
        cout << "Hello, my name is " << name << " and I am " << age << " years old." << endl;
    }
};

int main() {
    Person p1; // 调用无参构造函数
    Person p2("David", 40); // 调用带参构造函数

    p1.introduce();
    p2.introduce();

    return 0;
}

运行结果：

Hello, my name is Unknown and I am 0 years old.
Hello, my name is David and I am 40 years old.

6. 析构函数

析构函数用于销毁对象时执行清理操作。名字为 ~类名()，无参数和返回值。

cpp 复制代码 
class Person {
public:
    Person() {
        cout << "Constructor called." << endl;
    }

    ~Person() {
        cout << "Destructor called." << endl;
    }
};

int main() {
    Person p;
    return 0;
}

运行结果：

Constructor called.
Destructor called.

注意事项

  1. 析构函数在对象生命周期结束时自动调用。
  2. 通常用于释放资源（如动态内存、文件等）。

7. 拷贝构造函数

拷贝构造函数用于用一个对象初始化另一个对象。

cpp 复制代码 
class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 构造函数
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}

    // 拷贝构造函数
    Person(const Person &p) {
        name = p.name;
        age = p.age;
        cout << "Copy constructor called." << endl;
    }

    void introduce() {
        cout << "Hello, my name is " << name << " and I am " << age << " years old." << endl;
    }
};

int main() {
    Person p1("Eve", 35);
    Person p2 = p1; // 调用拷贝构造函数

    p2.introduce();

    return 0;
}

运行结果：

Copy constructor called.
Hello, my name is Eve and I am 35 years old.

好的，我们继续完成本教程！

8. 运算符重载

运算符重载允许我们为类定义如何使用运算符（如 =、< 等）。接下来我们将学习如何重载等号（=）和小于号（<）。

重载等号运算符（=）

等号运算符通常用于赋值操作，我们需要重载它以确保正确复制对象的内容。

cpp 复制代码 
class Person {
private:
    string name;
    int age;

public:
    // 构造函数
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}

    // 重载等号运算符
    Person& operator=(const Person& p) {
        if (this == &p) {
            return *this; // 检查是否是自我赋值
        }
        name = p.name;
        age = p.age;
        cout << "Assignment operator called." << endl;
        return *this;
    }

    void introduce() {
        cout << "Hello, my name is " << name << " and I am " << age << " years old." << endl;
    }
};

int main() {
    Person p1("Alice", 25);
    Person p2("Bob", 30);

    p2 = p1; // 调用赋值运算符
    p2.introduce();

    return 0;
}

运行结果：

Assignment operator called.
Hello, my name is Alice and I am 25 years old.

重载小于号运算符（<）

通常用于比较对象。例如，比较两个对象的某个属性。

cpp 复制代码 
class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 构造函数
    Person(string n, int a) : name(n), age(a) {}

    // 重载小于号运算符
    bool operator<(const Person& p) const {
        return age < p.age; // 按年龄比较
    }
};

int main() {
    Person p1("Alice", 25);
    Person p2("Bob", 30);

    if (p1 < p2) {
        cout << p1.name << " is younger than " << p2.name << "." << endl;
    } else {
        cout << p1.name << " is not younger than " << p2.name << "." << endl;
    }

    return 0;
}

运行结果：

Alice is younger than Bob.

9. 成员函数

成员函数是定义在类中的函数，用于操作数据成员。分为 公有成员函数 和 私有成员函数。

公有成员函数

公有成员函数可以被类外部调用。

cpp 复制代码 
class Person {
public:
    string name;

    void introduce() { // 公有成员函数
        cout << "My name is " << name << "." << endl;
    }
};

私有成员函数

私有成员函数只能在类内部调用。

cpp 复制代码 
class Person {
private:
    void privateFunction() {
        cout << "This is a private function." << endl;
    }

public:
    void callPrivateFunction() {
        privateFunction(); // 内部调用私有函数
    }
};

int main() {
    Person p;
    p.callPrivateFunction();

    return 0;
}

运行结果：

This is a private function.

10. 静态函数与静态数据成员

静态数据成员

静态数据成员是类的所有对象共享的变量。

cpp 复制代码 
class Person {
public:
    static int population; // 静态数据成员

    Person() {
        population++;
    }

    ~Person() {
        population--;
    }

    static void showPopulation() { // 静态成员函数
        cout << "Current population: " << population << endl;
    }
};

// 静态数据成员初始化
int Person::population = 0;

int main() {
    Person::showPopulation(); // 访问静态成员函数

    Person p1, p2;
    Person::showPopulation();

    return 0;
}

运行结果：

Current population: 0
Current population: 2

注意事项

  1. 静态数据成员需要在类外初始化。
  2. 静态成员函数只能访问静态数据成员。

11. this 指针

this 指针指向当前对象，用于区分成员变量与形参重名的情况。

cpp 复制代码 
class Person {
private:
    string name;

public:
    void setName(string name) {
        this->name = name; // 使用 this 指针区分成员变量和参数
    }

    void introduce() {
        cout << "My name is " << this->name << "." << endl;
    }
};

int main() {
    Person p;
    p.setName("Alice");
    p.introduce();

    return 0;
}

运行结果：

My name is Alice.

12. 总结与注意事项

  1. 类是一种封装机制，通过访问修饰符控制成员访问权限。
  2. 构造函数和析构函数用于管理对象生命周期，特别是动态分配资源时。
  3. 运算符重载使对象更具灵活性，但需要小心处理自我赋值。
  4. 静态成员共享数据，对整个类有效。
  5. this 指针是成员函数内部隐含的指针，指向当前对象。
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