C++面向对象与类和对象(一)----C++重要基础入门知识-育师

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这是类和对象系列的第一篇文章：
之前由于第一次发布时篇幅过长，可能导致阅读体验很差，现在我把他按要点进行了适当拆分，希望能帮助读者更好理解，也方便自己复习。

C++面向对象与类和对象(一)----C++重要基础入门知识

简易目录

第一个重要问题：面向对象和面向过程的区别
第二个重要问题：C++中结构体升级成了类
第三个重要问题：类的定义与编码规范

第一个重要问题：面向对象和面向过程的区别

类和对象的知识是我们学习C++编程的基础，它在我们的知识体系中扮演了一个至关重要的角色。

但在开始学习类、对象、继承这些具体概念之前，我们首先要解决一个最根本的问题：到底什么是"面向对象"？它和我们可能更熟悉的"面向过程"编程有什么不同？

一、面向过程编程：关注步骤的"流水线"

核心思想：“怎么做？”——关注的是解决问题需要的一系列步骤或函数。

在面向过程的世界里，程序员像一个流水线工程师，他的任务是精确地设计出每一个操作步骤。对于"把大象装进冰箱"这个问题，他的思路会是这样的：

打开冰箱门。
把大象塞进去。
关上冰箱门。

面向过程的特点：

核心是函数：程序由一个个函数组成，数据（如door（门的开关状态）,content（冰箱中的内容））和操作数据的函数是分离的。
线性思维：代码按照预定的步骤顺序执行。
优点：流程直观，在解决小型、任务明确的问题时非常高效。

缺点：当系统变得庞大复杂时，数据和函数的关系会变得混乱。如果想增加一个"给冰箱通电"的功能，相关的数据和函数可能会散落在程序的各个角落，难以维护和扩展。

二、面向对象编程：关注对象之间的相互作用

核心思想：“谁来做？”——关注的是解决问题中涉及到的各类对象，以及它们之间的交互。

在面向对象的世界里，程序员像一个社会架构师。他首先会定义出这个问题的解决方案里有哪几种角色（类），每种角色有什么属性（数据成员）和能力（成员函数）。对于同样的问题，他的思路会是：

这个问题里涉及几个对象？——冰箱和大象。
每个对象各自有什么属性和能力？
- 冰箱：有门（状态）、内部容量、可以执行开门、装东西、关门等动作。
- 大象：有名字、体积等属性。

面向对象的特点：

核心是类和对象：程序是由多个对象组成的，对象是数据（属性）和操作（方法）的封装体。
三大特性：
- 封装：把数据和处理数据的方法捆绑在一起，并可以隐藏内部细节（利用public,protected,private等访问限定符，后面会讲）。比如，main函数不需要知道Refrigerator(初始化冰箱状态) 内部如何记录门的状态，只需要调用它的openDoor()方法。
- 继承：允许我们基于已有的类创建新类，实现代码的复用和扩展。（后续章节详解）
- 多态：允许不同的对象对同一消息做出不同的响应。（后续章节详解）
优点：代码结构清晰，更接近现实世界，易于维护、扩展和复用。当需求变化时，通常只需要修改或扩展某个类，而不会影响整个程序,方便工程管理。

举个例子：我们在竞技游戏中，某个角色的技能出现了bug，例如王者荣耀的露娜大招不刷新的bug。我们会说策划怎么还不修复露娜大招bug。而这个说法说的正是对象！我们的露娜是一个对象。如果我们是面向过程，我们则会说哪一步出了问题，而不是谁谁谁出了问题。
可以看出，面向对象似乎比面向过程更贴近我们人的思维方式

第二个重要问题：C++中结构体升级成了类

在C语言中，我们学习的struct已经具有了很强大的功能，它能够在内部定义变量，我们用它来实现了很多很多数据结构。

而现在，在C++中，我们不在拘泥于定义变量，我们的对象，需要有更多的功能与方法，来进行更加复杂却便利的交互。

一、从C的`struct`到C++的`class`：一次伟大的升级

在C语言中，struct只是一个数据集合，它允许你将不同的数据类型组合在一起，形成一个新的复合类型。但它不能包含函数（方法）。

我们的struct中现在不仅可以定义变量，我们还可以定义包含方法，而我们所说的这些struct的功能已经无限接近class的功能。

C语言的struct（数据包）：

// C语言代码 struct Person_C { char name[20]; int age; }; // 只能定义数据，不能定义函数 // 操作这个结构体的函数必须与结构体分离 void printPerson(struct Person_C p) { printf("Name: %s, Age: %d\n", p.name, p.age); }

到了C++，class的概念被引入，它极大地扩展了struct的能力。C++中的class是一个数据与行为的封装体。

C++的class（智能对象）：

// C++代码 class Person_CPP { private: std::string name; int age; public: // 可以在类内部定义函数（方法） void setName(const std::string& newName) { name = newName; } void setAge(int newAge) { if(newAge > 0) { // 可以加入逻辑验证 age = newAge; } } void print() const { // 成员函数 std::cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << std::endl; } };

升级的核心点：

数据封装：可以包含成员变量（数据）和成员函数（行为）。
访问控制：引入了public、private、protected关键字来控制成员的访问权限。
构造函数/析构函数：提供了对象自动初始化和清理的能力。
继承与多态：成为面向对象继承体系的基础。

可以说我们的C++中的struct已经无限接近于class，但是他们还有一些细微的区别。

二、C++中的`struct`与`class`：孪生兄弟的细微差别

现在来到问题的关键：C++中的struct和class有什么区别？

答案是：除了默认的成员访问权限和默认的继承方式，它们没有任何功能上的区别。C++对原有的C风格struct进行了增强，让它拥有了class的所有能力。

核心区别：默认访问权限

class：成员和继承默认是private的。
struct：成员和继承默认是public的。

让我们用代码来展示这个区别：

示例1：默认成员访问权限

// 使用 class 关键字 class MyClass { int data; // 默认为 private，外部无法直接访问 public: void setData(int d) { data = d; } }; // 使用 struct 关键字 struct MyStruct { int data; // 默认为 public，外部可以直接访问 void setData(int d) { data = d; } }; int main() { MyClass obj_c; // obj_c.data = 10; // 错误！data 是 private 成员 obj_c.setData(10); // 必须通过公共接口 MyStruct obj_s; obj_s.data = 20; // 正确！data 是 public 成员 obj_s.setData(20); // 当然也可以这样做,也就是说通过公共接口或是直接访问都可以 return 0; }

示例2：默认继承方式

class Base { public: int x; }; // class 默认是 private 继承 class DerivedClass : Base { // 等价于 : private Base // 在DerivedClass内部，Base的public成员x变成了private }; // struct 默认是 public 继承 struct DerivedStruct : Base { // 等价于 : public Base // 在DerivedStruct内部，Base的public成员x仍然是public }; int main() { DerivedClass d_c; // d_c.x = 10; // 错误！由于是private继承，x在派生类中不可见 DerivedStruct d_s; d_s.x = 10; // 正确！由于是public继承，x在派生类中保持public return 0; }

重要提示：尽管默认行为不同，但我们强烈建议在代码中显式地写出访问控制符和继承方式，以避免混淆。

// 好的实践：显式声明 class MyClass { private: int data; public: MyClass() = default; }; struct MyStruct { public: // 虽然默认就是public，但写上更清晰 int data; MyStruct() = default; }; class Derived : public Base { // 显式声明public继承 // ... };

三、如何选择：`struct`vs`class`？

既然功能几乎一样，我们该如何选择？C++社区形成了一些约定俗成的惯例：

使用struct：
- 当你主要需要一个纯粹的数据结构时。
- 当所有成员都希望是公共的时（例如：坐标点Point {x, y}，配置参数Config {width, height}）。
- 用于与C代码交互的兼容性结构体。
- 在模板元编程中，有时用struct来作为"编译期函数"或特性标签，因为它默认的public更便捷。
使用class：
- 当你需要定义一个具有复杂行为和严格封装的抽象数据类型（Abstract Data Type）时。
- 当你需要用到私有成员、保护成员，并需要通过公共接口来与对象交互时。
- 当你打算使用继承和多态等面向对象特性时（尽管struct也可以，但class的语义更贴切）。

简单来说：struct感觉更像一个"数据包"，而class感觉更像一个"功能完整的对象"。

总结

C++的class是C语言struct的超级增强版，引入了成员函数和访问控制。
在C++中，struct和class是几乎完全相同的概念。
它们唯一的核心区别在于默认的访问权限和继承方式。
在实际编程中，根据语义和惯例来选择使用哪一个，并始终显式地写出访问控制符，这能让你的代码更清晰、更专业。

理解了这一点，你就可以自信地在C++中使用这两种关键字了。

第三个重要问题：类的定义与编码规范

理解了面向对象的思想和class与struct的关系后，现在让我们正式学习如何在C++中定义类。这就像学习一门新语言的语法规则一样，是打好基础的关键一步。

一、类的基本语法结构

class ClassName { // 类体：由成员函数和成员变量组成 }; // 一定要注意这个分号！

class：定义类的关键字
ClassName：类的名字（遵循大驼峰命名法，如MyClass）
{}：类的主体，包含类的所有成员(成员变量啊，成员函数啊等等)
;：类定义结束的分号绝对不能省略！这是很多初学者容易犯错的地方。

类的成员分为两类：

成员变量（属性）：描述对象的特征，如人的年龄、姓名
成员函数（方法）：描述对象的行为，如人会走路、说话
比如我们定义一个学生类，那么他的成员变量就是学号，姓名，年龄
他的成员函数就是写作业，考试，上课
就好像语文中的名词与动词的区别一样。

二、类的两种定义方式

方式1：声明和定义全部放在类体中

class Date { public: // 成员函数直接在类内部定义 void Init(int year, int month, int day) { _year = year; _month = month; _day = day; } void Print() { std::cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << std::endl; } private: int _year; int _month; int _day; };

特点：

优点：写法简单，适合教学和小型项目
注意：在类内部定义的成员函数，编译器可能会将其当作内联函数处理
这里我们可以简单了解一下内联函数（不是重点，可以跳过）：
传统函数调用过程：
1. 跳转到函数地址
2. 保存现场（压栈）
3. 执行函数体
4. 恢复现场（出栈）
5. 跳转回调用处
内联函数的处理方式：编译器会将内联函数的代码体直接展开到调用处，避免函数调用的开销（省略了压栈出栈一系列步骤）。

重要提醒：即使是显式使用inline关键字，也只是给编译器的建议，不是命令！编译器最终还是会根据自己的判断来决定是否真正内联。

内联的优缺点

优点：

消除函数调用开销，提高性能
避免跳转指令，有利于CPU指令流水线

缺点：

代码膨胀：每个调用处都展开一份函数体
可能增加编译后文件大小
调试困难（函数调用栈信息可能丢失）
可能被当成内联函数这一点是需要我们避免的，在这里编译器有完全的自主权，到底有没有被当成内联函数我们不得而知。这是一种不确定性，而且内联可能导致编译完之后代码膨胀(因为展开)

方式2：声明和定义分离（推荐！）

Date.h（头文件）：

class Date { public: // 只在类中声明函数 void Init(int year, int month, int day); void Print(); private: int _year; int _month; int _day; };

Date.cpp（源文件）：

#include "Date.h" #include <iostream> // 在源文件中定义函数，需要加上类名和作用域解析符 :: void Date::Init(int year, int month, int day) { _year = year; _month = month; _day = day; } void Date::Print() { std::cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << std::endl; }

为什么推荐方式2？

分离编译：头文件只放声明，源文件放实现，符合软件工程原则
减少依赖：修改函数实现时，只需要重新编译对应的.cpp文件
代码清晰：接口和实现分离，更易于阅读和维护
避免内联膨胀：不会意外产生大量的内联函数(与上文相呼应)

三、成员变量命名规范（重要！）

这是一个看似简单但极其重要的实践问题。先看一个反面教材：

class Date { public: void Init(int year) { // 灾难！这里的year到底是成员变量还是函数参数？ year = year; // 自己赋值给自己，毫无意义！ } private: int year; // 成员变量 };

上面的代码中，year = year实际上只是把参数赋值给自己，成员变量完全没有被修改！

这样既导致了严重的南辕北辙的逻辑错误，也使阅读代码变成非常困难的一件事。比我们在C语言中的普通的变量命名规范重要的多，后者只是规范而前者是你必须好好命名否则会有严重后果

解决方案：使用命名区分

方案1：使用下划线前缀（常见于Linux/Unix风格）

class Date { public: void Init(int year) { _year = year; // 清晰明了！ } private: int _year; // 成员变量加下划线 int _month; int _day; };

方案2：使用’m’前缀（常见于Windows/MFC风格）

class Date { public: void Init(int year) { mYear = year; // 同样清晰！ } private: int mYear; // 成员变量加m前缀 int mMonth; int mDay; };

核心原则：

一致性：选择一个风格并在整个项目中坚持使用
可读性：让成员变量在代码中一眼就能被认出来
避免歧义：确保不会与函数参数或局部变量混淆

在实际工作中，请遵循你所在团队的编码规范。没有绝对的对错，只有一致性最重要！

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