第十三章：C++面向对象编程思想详解

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发布于 2025-01-21 16:25:21

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第十三章：C++面向对象编程思想详解

1. 概述

面向对象编程（Object-Oriented Programming，简称OOP）是一种软件开发方法，其核心概念是将现实世界的事物抽象为对象，并通过对象之间的交互来描述和解决问题。本文将详细讲解C++中的面向对象编程思想，并结合代码和实际案例进行演示。

2. 面向对象的基本概念

2.1 类和对象

在面向对象编程中，类（Class）是一个模板，用于描述具有相同属性和行为的对象。对象（Object）是类的一个实例，可以通过实例化类来创建对象。以下是一个简单的类和对象的例子：

class Rectangle {
private:
    int width;
    int height;

public:
    void setDimensions(int w, int h) {
        width = w;
        height = h;
    }

    int calculateArea() {
        return width * height;
    }
};

int main() {
    // 创建一个Rectangle对象
    Rectangle rect;

    // 使用成员函数设置对象的宽度和高度
    rect.setDimensions(5, 3);

    // 调用成员函数计算矩形的面积
    int area = rect.calculateArea();

    cout << "Rectangular Area: " << area << endl;

    return 0;
}

运行结果：

Rectangular Area: 15

在上述代码中，我们定义了一个名为Rectangle的类来表示矩形。通过实例化该类，我们创建了一个名为rect的对象，并使用成员函数设置对象的宽度和高度。随后，我们调用成员函数计算并输出矩形的面积。

2.2 封装

封装是面向对象编程的重要特性之一，它将数据和函数打包起来，形成一个类。通过封装，我们可以隐藏实现细节，让类的用户只能通过公共接口来访问和操作数据。以下是一个封装的示例：

class Circle {
private:
    double radius;

public:
    void setRadius(double r) {
        if (r >= 0) {
            radius = r;
        } else {
            cout << "Invalid radius." << endl;
        }
    }

    double getRadius() const {
        return radius;
    }

    double calculateArea() const {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
};

int main() {
    Circle c;
    c.setRadius(5);

    cout << "Circle Radius: " << c.getRadius() << endl;
    cout << "Circle Area: " << c.calculateArea() << endl;

    return 0;
}

运行结果：

Circle Radius: 5
Circle Area: 78.5

在上述代码中，我们定义了一个名为Circle的类来表示圆形。radius是私有成员变量，对外部不可见。通过公共成员函数setRadius，我们保证了半径的合法性。公共成员函数getRadius和calculateArea可以用于获取半径和计算圆形的面积。

2.3 继承

继承是面向对象编程的另一个重要概念，它允许我们定义一个新类来继承已存在的类的属性和方法。继承可以实现代码重用和层次化组织。以下是一个示例：

class Shape {
protected:
    int width;
    int height;

public:
    void setDimensions(int w, int h) {
        width = w;
        height = h;
    }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    int calculateArea() {
        return width * height;
    }
};

int main() {
    Rectangle rect;
    rect.setDimensions(5, 3);

    cout << "Rectangular Area: " << rect.calculateArea() << endl;

    return 0;
}

运行结果：

Rectangular Area: 15

在上述代码中，我们使用继承创建了一个名为Rectangle的类，该类继承了Shape类。子类Rectangle自动拥有了父类Shape的成员变量和成员函数，并且可以通过调用构造函数进行初始化。因此，我们可以通过创建Rectangle对象并设置其尺寸来计算矩形的面积。

2.4 多态

多态是面向对象编程的另一个重要特性，指的是同一个函数或方法，由于不同对象的不同行为而表现出多种形态。多态通过基类指针或引用来实现，允许我们以统一的方式来处理不同的派生类对象。以下是一个多态的示例：

class Shape {
public:
    virtual double calculateArea() const = 0;
};

class Rectangle : public Shape {
private:
    int width;
    int height;

public:
    Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {}

    double calculateArea() const {
        return width * height;
    }
};

class Circle : public Shape {
private:
    double radius;

public:
    Circle(double r) : radius(r) {}

    double calculateArea() const {
        return 3.14 * radius * radius;
    }
};

int main() {
    Rectangle rect(5, 3);
    Circle circle(2);

    // 使用基类指针指向子类对象
    Shape* shape1 = &rect;
    Shape* shape2 = &circle;

    cout << "Rectangle Area: " << shape1->calculateArea() << endl;
    cout << "Circle Area: " << shape2->calculateArea() << endl;

    return 0;
}

运行结果：