【C++ | 类】类和对象

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⏰发布时间⏰：2024-05-30

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🎄一、概述

C++是面向对象编程的语言，编写C++代码是以类的形式来组织代码的，然后实例化一个个对象，让对象之间的交互来完成要做的事情。本文主要介绍C++中的自定义类型——类，以及怎么使用类去构建对象。

既然类是一种自定义类型，那么我们先了解一下什么是类型。类型主要完成下面三项工作：

1、决定该类型的变量(对象)占用多少字节的内存：
例如：int类型占用4个字节；short类型占用2个字节；char占用1个字节。
2、决定怎样解释内存中的数据；
例如：内存中存放着0xff这个数据，int类型和char类型对0xff的解释是不同的。
3、决定该类型的变量(对象)可以执行哪些操作：
例如：int类型的变量可以执行加减乘除等操作；而int*类型的变量一般不会执行乘法、除法的操作。

下面的内容将介绍类和对象。

在这里插入图片描述

🎄二、C++中的类

类是一种将抽象转换为用户定义类型的 C++工具，它将数据表示和操纵数据的方法组合成一个整洁的包。

✨2.1 类将数据和函数组织在一起

如果你之前学过C语言，那么可能会觉得类和结构体会有点类似，它可以将多个数据组织在一起，但不同于C语言的结构体，类成员除了数据还可以是函数。定义一个类，可以使用class关键字。

class Animal
{int legs;int eye;void run(){cout << "Animal run" << endl;}
};

上面代码定义了一个类，将数据和函数放在同一个类中。

✨2.2 类的访问控制(public、private、protect)

类的成员有三种访问控制(public、private、protect)，它们代表的含义如下：
1、public：标识的类成员公有的，这个类的对象可以直接访问；
2、private：标识的类成员私有的，这个类的对象不能直接访问，可以通过该类的公有成员间接地访问；
3、protect：标识的类成员受保护的，这个类的对象不能直接访问，可以通过该类的公有成员或该类的子类成员间接地访问。

另外注意一点，在C++中，类的默认访问控制权限是private的，结构体的默认访问控制权限是public的。所以前面小节定义的Animal类的几个成员都是私有的。虽然类的默认访问权限是private的，但为了强调数据隐藏的概念，还是建议显示地使用private关键字。

面向对象的一个特性就是封装，也就是数据隐藏和隐藏实现细节。所以，一般情况下，数据项通常放在私有部分(数据隐藏)，实现细节相关的函数也放在私有部分(隐藏实现细节)，而组成类接口的成员函数放在公有部分。

有了这些认识，我们对上个小节的 Animal 类做个小调整，

class Animal
{
private:int legs;int eye;public:void run() // 公有接口{cout << "Animal run" << endl;}
};

✨2.3 实现类成员函数

类成员函数一般在定义类时声明，然后将函数实现写在类定义之外。

类成员函数的几个特征：

1、定义成员函数时，使用作用域解析运算符（::）来标识该成员函数所属的类，例如 run() 成员函数头如下：
```
void Animal::run()
```
这种表示法意味着run()是Animal类的成员，还意味着我们可以将另一个类的成员函数命名为run()；
类成员函数的完整名称包括类名，而简单的run()是全名的缩写，只能在类作用域中使用。

2、类成员函数可以访问类的 private 成员。

class Animal{
private:int legs;int eye;
public:int legs() // 公有接口{return legs;}
};

3、定义位于类声明中的函数都将自动成为内联函数。如下面的run()函数会自动成为内联函数：
```
class Animal{
...
public:void run() // 公有接口{cout << "Animal run" << endl;}
};
```

一般会将类声明放在头文件中，而将类成员函数实现放在源文件中，看下面例子：

#ifndef __ANIMAL_H__
#define __ANIMAL_H__#include <iostream>
using namespace std;class Animal
{
private:int legs;int eye;public:void run() // 公有接口{cout << "Animal run" << endl;}void SetLegs(int _legs);int GetLegs();
};#endif //__ANIMAL_H__

// g++ 08_Animal.cpp#include "08_Animal.h"void Animal::SetLegs(int _legs)
{legs = _legs;
}int Animal::GetLegs()
{return legs;
}int main()
{Animal animal;animal.run();animal.SetLegs(4);cout << "animal legs = " << animal.GetLegs() << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述

🎄三、对象(实例)

类是用户自定义的类型，对象(如变量)是类的实例。

之前学习C语言时，通过类型定义出来的被成为变量。在面向对象编程中，通过类型(包括自定义类型)定义出来的被成为对象。
例如下面的i、s、cAnimal都是对象：

int i = 0;
short s = 0;
Animal cAnimal;  // Animal类的对象

注意：所创建的每个新对象都有自己的存储空间，用于存储其内部变量和类成员；但同一个类的所有对象共享同一组类方法，即每种方法只有一个副本。

为什么需要对象？
就像C语言需要变量一样，我们定义了一个类，需要通过对象(实例)来使用这个类。
C++的目标是使得使用类与使用基本的内置类型（如 int 和 char ) 尽可能相同。

怎么创建对象？
Animal cAnimal; 
Animal *pAnimal = new Animal();
如上面代码，要创建类对象，可以声明类变量，也可以使用 new 为类对象分配存储空间。

怎么使用对象？
Animal cAnimal; 
Animal *pAnimal = new Animal();
cAnimal.run();
pAnimal->run();
要使用新类型，最关键的是要了解成员函数的功能，而不必考虑其实现细节。
如上代码，定义了对象后，可以使用 成员运算符( .和->)来调用类的公有成员。

在这里插入图片描述

🎄四、类作用域

C++类引入了一种新的作用域：类作用域

在类中定义的名称（如类数据成员名和类成员函数名）的作用域都为整个类，作用域为整个类的名称只在该类中是已知的，在类外是不可知的。因此，可以在不同类中使用相同的类成员名而不会引起冲突。

另外，类作用域意味着不能从外部直接访问类的成员，公有成员函数也是如此。也就是说，要调用公有成员函数，必须通过对象。

总之，在类声明或成员函数定义中，可以使用未修饰的成员名称（未限定的名称），如上面例子直接使用run()；在其他情况下，使用类成员名时，必须根据上下文使用直接成员运算符(.)、间接成员运算符(->) 或作用域解析运算符(::)。

下面的代码片段演示了如何访问具有类作用域的标识符：

#include <iostream>
using namespace std;class Animal
{
private:int legs;int eye;public:void run(){cout << "Animal run" << endl;}void SetLegs(int _legs);int GetLegs(){return legs;}
};void Animal::SetLegs(int _legs)// 作用域解析运算符(`::`)
{legs = _legs;
}int main()
{Animal animal;animal.run(); // 直接成员运算符(`.`)Animal *pAnimal = new Animal();pAnimal->run(); // 间接成员运算符(`->`) return 0;
}

✨4.1 类作用域中的常量

如果想在类中使用一个常量，直接使用下面代码是行不通的：

class Date
{	
public:const int Month_C = 12;	// 报错：invalid use of non-static data member ‘Date::Month_C’int mon_const[Month_C];
};

因为声明类只是描述了对象的形式，并没有创建对象，在创建对象前，将没有用于存储值的空间。

可以使用下面两个方法在类中声明常量：

1、在类中声明一个枚举：
在类中声明一个枚举并不会创建数据成员，所以也不需要对象的存储空间。代码如下：
```
class Date
{	
public:enum {Month_E = 12};int mon[Month_E];
};
```
2、使用关键字 static，定义属于整个类的常量：
下面代码将创建一个名为 Month_C 的常量，该常量将与其他静态变量存储在一起，而不是存储在对象中。该常量被所有 Date 对象共享。
```
class Date
{	
public:static const int Month_C = 12;	// 报错：invalid use of non-static data member ‘Date::Month_C’int mon_const[Month_C];
};
```

上面例子完整代码：

#include <iostream>
using namespace std;class Date
{	
public:enum {Month_E = 12};//const int Month_C = 12;	// 报错：invalid use of non-static data member ‘Date::Month_C’static const int Month_C = 12; // 属于整个类int mon[Month_E];int mon_const[Month_C];
};int main()
{Date date;cout << Date::Month_E << endl;cout << Date::Month_C << endl;cout << "Date=" << sizeof(Date) << "date="<< sizeof(date)<< endl;return 0;
}