<<从0到1学C++>> 第3篇 从结构到类的演变

本篇要学习的内容和知识结构概览

知识点逐条分析

结构的演化

C++中的类是从结构演变而来的, 所以我们可以称C++为”带类的C”.

结构发生质的演变

C++结构中可以定义函数, 称之为成员函数

结构定义格式, 像这样:

struct 结构名 {

数据成员;

成员函数;

}; // 注意这里的分号不要忘记

具体的代码, 像这样:

struct Point {
    private:
        // 数据成员
        double x;
        double y;
        
    public:
        // 成员函数: 重新设置数据成员
        void setXY(double a, double b) {
            x = a;
            y = b;
        }
        
        // 成员函数: 指定格式输出数据成员
        void display() {
            cout << x << "\t" << y << endl;
        }
}; // 不要忘记分号复制代码

模型图是这样的:

它表明: 我定义了一个结构体, 有两个私有的数据成员x, y, 两个公有的成员函数setXY(double, x, double y), display();

在定义结构体时, 将数据成员使用private关键字修饰, 则产生封装性. 如果没有没定, 则默认为public

private修饰的数据成员为私有的数据成员, 必须公有的成员函数才能使用, 这就是数据的封装性.

使用方式: 结构对象.成员函数

我们在main函数中这样使用:

// 创建结构对象
Point pointA;

// 调用成员函数
pointA.setXY(1.2, 3.4);

// 显示pointA的数据成员
pointA.display();
复制代码

注意: 

如果结构的数据成员用private关键字修饰

则不能这么访问:

cout << pointA.x << endl; count << pointA.y << endl;

如果public修饰, 则可以这么访问.

不过我们一般为了保证封装性, 将数据成员声明为private, 保证只有成员函数才能访问.

使用构造函数初始化结构对象

函数名与结构同名, 称为构造函数, 专门用于初始化结构对象

分为有参构造函数和无参构造函数

像这样:

#include <iostream>
using namespace std;

struct Point {
    private:
        // 数据成员
        double x;
        double y;
        
    public:
        // 无参构造函数
        Point(){}
        
        // 有参构造函数
        Point(double a, double b) {
            x = a;
            y = b;
        }
        
        // 成员函数: 重新设置数据成员
        void setXY(double a, double b) {
            x = a;
            y = b;
        }
        
        // 成员函数: 指定格式输出数据成员
        void display() {
            cout << x << "\t" << y << endl;
        }
    };复制代码

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // insert code here...
   
    // 使用构造函数创建结构对象pointA
    Point pointA(20, 30);
    
    // 显示pointA的数据成员
    pointA.display();
    return 0;
}复制代码

模型图是这样的:

它表明: 我定义了一个结构体, 有两个私有的数据成员x, y, 一个无参构造函数Point(), 一个有参构造函数Point(double x, double y), 两个普通的成员函数setXY(double, x, double y), display();

从结构演变成一个简单的类

使用关键字class代替stuct, 就将一个结构演变成一个标准的类啦! 是不是So easy!

像这样:

class Point { // 这里struct 变成 class, 就完成了从结构到类的演变
	private:
	    // 数据成员
	    double x;
	    double y;
	
	public:
	    // 无参构造函数
	    Point(){}
	
	    // 有参构造函数
	    Point(double a, double b) {
	        x = a;
	        y = b;
	    }
	
	    // 成员函数: 重新设置数据成员
	    void setXY(double a, double b) {
	        x = a;
	        y = b;
	    }
	
	    // 成员函数: 指定格式输出数据成员
	    void display() {
	        cout << x << "\t" << y << endl;
	    }
};复制代码

好的, 从现在开始把我们的目光从struct移开吧, 让我们聚焦于class!

面向过程与面向对象

编程语言是我们和计算机交流的桥梁, 编程技术在发展, 同样的编程语言也在发展, 编程语言从最初的0和1, 到汇编语言, 再到面向过程的语言, 再到面向对象的语言, 反应出了我们的编程思想也在不断的进步, 面向过程只是关注解决问题的步骤, 而面向对象关注解决问题的对象, 也就是谁解决这个问题.

下面我用两个经典的例子来诠释面向过程和面向对象的区别

第一个: 五子棋游戏

面向过程是这样的:

(1)开始游戏 -> (2)黑子下棋 -> (3)绘制画面 -> (4)判断输赢 -> (5)白子下棋 -> (6)绘制画面 -> (7)判断输赢 -> (8)返回步骤(2)

面向对象是这样的:

黑白双方, 负责下棋这个操作

棋盘系统, 负责绘制画面

规则系统, 负责判断是否犯规, 输赢等

第二个: 把大象装进冰箱

面向过程是这样的:

(1)把冰箱门打开 -> (2)把大象装进去 -> (3)把冰箱门关上

面向对象是这样的:

冰箱 -> 开门

冰箱 -> 装大象

冰箱 -> 关门

冰箱是一个对象, 它有开门的操作, 装大象的操作, 关门的操作, 大象也是一个对象

总结

面向过程就是关注解决问题的步骤, 像这样: 第一步打开冰箱门, 第二步装大象, 第三步关闭冰箱门

面向对象就是关注解决问题的对象, 像冰箱, 它有开门的方法, 装大象的方法, 关门的方法

大家知道基本的区别和联系就可以啦. 也可以找我细聊哦!

面向对象程序设计的特点

面向对象的程序设计具有抽象, 封装, 继承和多态性的特点

对象

对象是系统描述客观事物的一个实体, 是构成系统的基本单位

对象用对象名, 属性(数据成员), 操作(功能函数)三要素来描述

对象名: 用来标识一个具体的对象. 如: zhangsan, lisi等

属性: 这个对象的数据成员, 也就是特征, 如: 姓名, 年龄, 性别等

操作: 这个对象所具有的行为, 如: 吃饭, 睡觉, 打豆豆等

像这样:

我们有一个对象

对象名: zhangsan

数据成员: 姓名叫张三, 年龄18岁

成员函数: 会吃饭, 能睡觉, 还喜欢打豆豆

抽象和类

比如我们还有一个学生对象叫李四

我们现在有两个学生对象一个叫张三, 年龄18, 一个叫李四, 年龄20, 比如我们还有一个学生对象叫王五, 年龄22, 假如我们还有好多个学生.

都有姓名, 年龄的基本属性, 也有吃饭, 睡觉, 打豆豆的行为,

我们把这些对象的共同特征进一步抽象出来, 就形成了类的概念

像这样:

这是一个类,

类名: Student

数据成员: name, age

成员函数: eat(), sleep(), dadoudou()

我们用代码表示是这样的:

// 定义学生类
class Student {
    private:
    
    // 姓名
    string name;
    
    // 年龄
    int age;
    
    public:
    
    // 构造方法
    Student(string aName, int anAge) {
        name = aName;
        age = anAge;
    }
    
    // 吃饭
    void eat() {
        cout << name << "吃饭" << endl;
    }
    
    // 睡觉
    void sleep() {
        cout << name << "睡觉" << endl;
    }
    
    // 打豆豆
    void dadoudou() {
        cout << name << "打豆豆" << endl;
    }
};

int main(int argc, const char * argv[]) {
    // insert code here...
    
    // 使用构造方法创建学生对象,
    Student zhangsan("张三", 18);
    
    // 对象方法
    zhangsan.eat();
    zhangsan.sleep();
    zhangsan.dadoudou();

    // 还可以继续创建其它学生对象, 比如李四, 王五, 赵六等
    return 0;
}复制代码

类和对象的关系

类相当于模具

对象相当于用模具所制造出来的东西

类是具有相同的属性和操作的一组对象的集合

对象是这些集合当中的一个个体

这样理解:

李四是一个学生 // 正确, 因为李四是对象, 而学生是类

学生就是李四 // 错误, 学生是一个群体, 怎么可能是单个个体呢

封装

一个经典的例子来加深我们的理解吧!

电视机把各种部件都装在机箱里, 遥控器的所有部件也都装在遥控器里, 我们通过遥控器操作电视机, 而不是我们自己摆弄电视机的各个组件! 比如音量+, 音量-, 而不是咱们去电视机里摆弄线圈!

封装性就是要求一个对象应该具备明确的功能, 并具有接口以便和其它对象相互作用, 对象内部的数据和代码是受保护的, 外界不能访问它们, 只能对象对外提供的接口可以访问它们. 增加独立, 自己的数据只能由自己来操作.

类的封装是通过定义的存取权限实现的, 分为private和public, 对象的外部只能访问对象的公有部分, 也就是public修饰的, 不能访问对象的私有部分, 也就是private修饰的.

继承

继承是一个类可以获得另一个类的特性的机制

像这样:

比如我们有”人”这个类, 它具有姓名, 年龄这两个属性, 吃饭这个行为

我们又有”老师”这个类, 继承自”人”类, 所以它有继承过来的"姓名", "年龄"属性, 还有自己所独有的"职工编号"属性, 有继承过来的"吃饭"行为, 还有自己所独有的"讲课"行为.

我们又有”学生”这个类, 继承自”人”类, 所以它有继承过来的"姓名", "年龄"属性, 还有自己所独有的"学号"属性, 有继承过来的"吃饭"行为, 还有自己所独有的"听课"行为.

总结

子类只需定义它所特有的特征, 而共享父类的特征

多态性

不同的对象可以调用相同名称的函数, 但可导致完全不同的行为的现象称为多态性.

在C++中, 多态性分为两种, 一种称为编译时多态, 另一种为运行时多态

编译时多态

也就是函数重载. 是指同一个函数名可以对应着多个函数的实现, 具体调用哪个函数由参数个数, 参数类型等来决定

运行时多态

也就是虚函数. 在定义了虚函数后, 可以在基类的派生类中对虚函数重新定义, 以实现所想要的功能

使用类和对象

使用string对象

必须包含该类的头文件, #include <string>

像这样:

String str = “RayLee”; // 等价于 String str(“RayLee”);
复制代码

在字符串的末尾系统会加上’’\0”字符来表示字符串的结束, 但是在计算字符串长度的时候不包含'\0'

像这样:

String str2 = ‘A’; // 错误, str2是字符串对象, 不能赋值为字符

我们可以把字符串看成是字符数组

所以我们可以这么使用

// 字符串对象
string str = "RayLee";

// 输出字符串中的每个字符, 其中size()为string对象的成员函数, 返回字符串长度
for (int i = 0; i < str.size(); i++) {
    cout << str[i] << endl;
}
复制代码

字符串连接符号 +

作用: 将两个字符串或者字符串与字符拼接起来

像这样:

// 两个字符串拼接
string str = "RayLee";
string str2 = " is a student!";
string str3 = str + str2;
cout << str3 << endl;

// 字符串跟字符拼接
str3 = str + '!';
cout << str3 << endl;

// 现个字符相拼接是不行的
str3 = 'a' + '?'; // 错误, 这样的话就不是拼接了, 就是加法运算啦复制代码

使用string类的典型成员函数

string str = "Hello, World!";
cout << str << endl;

// size()函数: 给定字符串的长度
unsigned long size = str.size();
cout << "字符串长度: " << size << endl;

// find(要查找的字符串, 开始查找的起始位置)函数: 要查找的字符串在给定字符串的起始位置
unsigned long result = str.find("lll");
if (result >= size) {
    cout << "没有查找到该字符串" << endl;
} else {
    cout << "字符串起始位置为: " << result << endl;
}

// substr(起始位置, 截取长度)函数: 给定字符串的子串
string subStr = str.substr(2, 8);
cout << "截取的字符串: " <<  subStr << endl;

// getline()函数: 从cin对象中读出一行给string对象
string inputStr;
getline(cin, inputStr, '\n');
cout << inputStr << endl;

// swap()交换函数: 将两个string对象的内容进行交换
string str1 = "I am a student!";
string str2 = "You are a teacher!";
cout << "交换前: " << str1 << " " << str2 << endl;
str1.swap(str2);
cout << "交换后: " << str1 << " " << str2 << endl;复制代码

面向过程和面向对象不是对立的, 面向对象是建立在面向过程的基础上的, 它们是相互依存的, 面向过程关注于解决问题的步骤, 而面向对象关注于解决问题中出现的对象, 而对象中则封装了解决问题的步骤, 面向对象是更高级的语言, 但它是依赖于面向过程而存在的, 随着计算机科学与技术的发展, 出现更高级的语言也说不定呢?

本系列文章会持续更新! 大家踊跃的留下自己的脚印吧!

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