C++ 类和对象 - L28 进阶概念

📚 面向对象编程概述

什么是面向对象？

面向对象编程（OOP）是一种编程范式，它将数据和操作数据的方法封装在一起，形成类（Class），通过创建对象（Object）来使用。

✅ 封装：将数据和行为包装在一起
✅ 抽象：隐藏复杂实现，暴露简单接口
✅ 继承：子类可以继承父类的特性
✅ 多态：同一接口，不同实现

💡 类和对象的关系：
• 类是蓝图/模板（如：汽车设计图）
• 对象是实例（如：具体的某辆汽车）
• 一个类可以创建多个对象

类的定义

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

// 定义一个Student类
class Student {
public:
    // 成员变量（属性）
    string name;
    int age;
    double score;
    
    // 成员函数（方法）
    void introduce() {
        cout << "我叫" << name << "，今年" << age 
             << "岁，成绩" << score << endl;
    }
    
    void study(int hours) {
        cout << name << "学习了" << hours << "小时" << endl;
        score += hours * 0.5;  // 学习提高成绩
    }
};

int main() {
    // 创建对象
    Student stu1;
    stu1.name = "张三";
    stu1.age = 18;
    stu1.score = 85.5;
    
    // 调用方法
    stu1.introduce();
    stu1.study(2);
    stu1.introduce();
    
    return 0;
}

访问控制修饰符

class Student {
public:
    // 公有成员：任何地方都可以访问
    string name;
    void introduce();
    
private:
    // 私有成员：只能在类内部访问
    double score;
    void calculateGrade();
    
protected:
    // 保护成员：类和子类可以访问
    int studentId;
};

💡 访问控制规则：
• public：公开，任何地方都可访问
• private：私有，只有类内部可访问（默认）
• protected：保护，类和子类可访问
• 良好的封装：数据private，接口public

⚙️ 构造函数和析构函数

构造函数

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Student {
public:
    string name;
    int age;
    
    // 默认构造函数
    Student() {
        name = "未知";
        age = 0;
        cout << "默认构造函数被调用" << endl;
    }
    
    // 带参数的构造函数
    Student(string n, int a) {
        name = n;
        age = a;
        cout << "参数构造函数被调用：" << name << endl;
    }
    
    void introduce() {
        cout << name << ", " << age << "岁" << endl;
    }
};

int main() {
    // 使用默认构造函数
    Student stu1;
    stu1.introduce();
    
    // 使用参数构造函数
    Student stu2("李四", 19);
    stu2.introduce();
    
    return 0;
}

析构函数

#include <iostream>
using namespace std;

class Resource {
public:
    string resourceName;
    
    Resource(string name) {
        resourceName = name;
        cout << "创建资源：" << resourceName << endl;
    }
    
    // 析构函数：对象销毁时自动调用
    ~Resource() {
        cout << "释放资源：" << resourceName << endl;
    }
};

int main() {
    {
        Resource res1("文件1");
        Resource res2("文件2");
        // res1和res2在这里使用
    }  // 离开作用域，析构函数自动调用
    
    cout << "程序继续执行..." << endl;
    
    return 0;
}

初始化列表

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Student {
private:
    string name;
    int age;
    const int id;  // const成员必须在初始化列表中初始化
    
public:
    // 使用初始化列表
    Student(string n, int a, int i) 
        : name(n), age(a), id(i) {  // 初始化列表
        cout << "学生创建：" << name << endl;
    }
    
    void show() {
        cout << "ID: " << id << ", 姓名: " << name 
             << ", 年龄: " << age << endl;
    }
};

int main() {
    Student stu("王五", 20, 1001);
    stu.show();
    
    return 0;
}

🎮 互动实验：类的使用演示

输入学生信息，观察对象的创建和使用

姓名：年龄：

输入信息后点击按钮...

🛠️ 封装和数据隐藏

Getter和Setter方法

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Student {
private:
    string name;
    int age;
    double score;
    
public:
    // Getter方法：获取私有成员的值
    string getName() { return name; }
    int getAge() { return age; }
    double getScore() { return score; }
    
    // Setter方法：设置私有成员的值（带验证）
    void setName(string n) { name = n; }
    
    void setAge(int a) {
        if (a >= 0 && a <= 150) {
            age = a;
        } else {
            cout << "年龄无效！" << endl;
        }
    }
    
    void setScore(double s) {
        if (s >= 0 && s <= 100) {
            score = s;
        } else {
            cout << "成绩无效！" << endl;
        }
    }
    
    void show() {
        cout << name << ", " << age << "岁, 成绩: " << score << endl;
    }
};

int main() {
    Student stu;
    stu.setName("李四");
    stu.setAge(19);
    stu.setScore(92.5);
    stu.show();
    
    return 0;
}

this指针

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Student {
private:
    string name;
    int age;
    
public:
    // this指针指向当前对象
    void setData(string name, int age) {
        this->name = name;  // this->name区分成员变量和参数
        this->age = age;
    }
    
    // 返回当前对象的引用（支持链式调用）
    Student& setName(string n) {
        name = n;
        return *this;
    }
    
    Student& setAge(int a) {
        age = a;
        return *this;
    }
    
    void show() {
        cout << name << ", " << age << "岁" << endl;
    }
};

int main() {
    Student stu;
    
    // 链式调用
    stu.setName("王五").setAge(20);
    stu.show();
    
    return 0;
}

静态成员

#include <iostream>
using namespace std;

class Counter {
private:
    static int count;  // 静态成员变量（所有对象共享）
    
public:
    Counter() {
        count++;  // 每创建一个对象，计数+1
    }
    
    static int getCount() {  // 静态成员函数
        return count;
    }
    
    ~Counter() {
        count--;  // 销毁一个对象，计数-1
    }
};

// 初始化静态成员变量
int Counter::count = 0;

int main() {
    cout << "初始计数：" << Counter::getCount() << endl;  // 0
    
    Counter c1, c2, c3;
    cout << "创建3个对象后：" << Counter::getCount() << endl;  // 3
    
    return 0;
}  // 离开作用域，对象销毁，count变为0

🚀 实际应用示例

完整的银行账户类

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class BankAccount {
private:
    string accountHolder;
    string accountNumber;
    double balance;
    
public:
    // 构造函数
    BankAccount(string holder, string number, double initialBalance = 0)
        : accountHolder(holder), accountNumber(number), balance(initialBalance) {
        cout << "账户创建：" << accountHolder << endl;
    }
    
    // 存款
    void deposit(double amount) {
        if (amount > 0) {
            balance += amount;
            cout << "存款 " << amount << " 成功，余额：" << balance << endl;
        }
    }
    
    // 取款
    bool withdraw(double amount) {
        if (amount > 0 && amount <= balance) {
            balance -= amount;
            cout << "取款 " << amount << " 成功，余额：" << balance << endl;
            return true;
        }
        cout << "取款失败！" << endl;
        return false;
    }
    
    // 查询余额
    double getBalance() {
        return balance;
    }
    
    // 显示账户信息
    void showInfo() {
        cout << "=== 账户信息 ===" << endl;
        cout << "户名：" << accountHolder << endl;
        cout << "账号：" << accountNumber << endl;
        cout << "余额：" << balance << endl;
    }
    
    // 析构函数
    ~BankAccount() {
        cout << "账户关闭：" << accountHolder << endl;
    }
};

int main() {
    BankAccount account("张三", "123456789", 1000);
    
    account.showInfo();
    account.deposit(500);
    account.withdraw(200);
    account.showInfo();
    
    return 0;
}

对象数组

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Student {
private:
    string name;
    double score;
    
public:
    Student(string n = "", double s = 0) 
        : name(n), score(s) {}
    
    string getName() { return name; }
    double getScore() { return score; }
    
    void show() {
        cout << name << ": " << score << endl;
    }
};

int main() {
    // 创建对象数组
    Student students[3] = {
        Student("张三", 90),
        Student("李四", 85),
        Student("王五", 92)
    };
    
    // 遍历对象数组
    double total = 0;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        students[i].show();
        total += students[i].getScore();
    }
    
    cout << "平均分：" << total / 3 << endl;
    
    return 0;
}

📝 实战练习

📝 理解测试

以下代码中，构造函数的调用顺序是什么？

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    A() { cout << "A"; }
    ~A() { cout << "a"; }
};

class B {
public:
    B() { cout << "B"; }
    ~B() { cout << "b"; }
};

int main() {
    A a;
    B b;
    return 0;
}

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💻 综合挑战

题目：设计一个Rectangle（矩形）类：
1. 私有成员：width（宽）、height（高）
2. 构造函数：支持默认值和无参构造
3. 方法：计算面积、计算周长、显示信息
4. 使用getter/setter访问私有成员
5. 创建多个矩形对象并比较面积

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