C++中的类与对象深度解析

在C++中，类（class）是一种用户自定义的数据类型，它由数据成员和成员函数组成。类中的数据成员可以是各种类型，包括内置类型、自定义类型以及指针等，成员函数则是负责操作这些数据成员的函数。类可以看做是一种数据的集合和对这些数据的一些操作的封装。

类的定义

定义类的基本语法如下：

class 类名 {
    访问修饰符:
        数据成员声明
    访问修饰符:
        成员函数声明
};

其中，访问修饰符用于控制类的成员的访问权限，包括public、private、protected三种。

• public：表示该成员可以被类的外部使用；
• private：表示该成员只能被该类内部的成员函数以及友元函数使用；
• protected：表示该成员可以被该类内部的成员函数、子类以及友元函数使用。

示例：

class Student {
public:
    int id;
    char name[20];

    void show() {
        cout << "id：" << id << endl;
        cout << "name：" << name << endl;
    }
};

上述代码定义了一个学生类，其中包含了成员变量 id 和 name 以及成员函数 show()。因为 show() 函数在类的内部定义，所以可以直接访问类的内部成员变量。

类的实例化

类的实例化即创建该类的对象，也称为类的实例。通过实例化一个类，我们可以在程序中使用该类的数据成员和成员函数。

语法：

类名 对象名;

示例：

Student stu;
stu.id = 123;
strcpy(stu.name, "Tom");
stu.show();

该示例中，通过 Student 类实例化对象 stu，并给成员变量 id 赋值为123，name 赋值为 "Tom"，最后调用 show() 函数输出结果。

构造函数和析构函数

构造函数（Constructor）是一种特殊的成员函数，它在对象创建时自动执行，用于初始化对象的成员变量的值。析构函数（Destructor）也是一种特殊的成员函数，它在对象销毁时自动执行，用于清理对象所占用的资源。

语法：

class 类名 {
public:
    类名();  // 构造函数
    ~类名();  // 析构函数
};

例如：

class Student {
public:
    Student(); // 构造函数
    ~Student(); // 析构函数

    int id;
    char name[20];

    void show() {
        cout << "id：" << id << endl;
        cout << "name：" << name << endl;
    }
};

Student::Student() {
    cout << "构造函数执行" << endl;
}

Student::~Student() {
    cout << "析构函数执行" << endl;
}

上述代码定义了构造函数和析构函数，并在两个特殊的成员函数中加了输出语句，以便在创建和销毁对象时显示相应的信息。

int main() {
    Student stu;
    stu.id = 123;
    strcpy(stu.name, "Tom");
    stu.show();

    return 0;
}

该示例中，创建 Student 类的实例对象时，构造函数会自动执行一次，并输出相应的提示信息。程序结束时，析构函数会自动执行一次，并同样输出相应的提示信息。

成员函数

成员函数是定义在类内部的函数，它和类的数据成员一样，是类的成员之一。成员函数是类的重要组成部分，它负责实现对类的操作，使得代码更加清晰易懂。

语法：

class 类名 {
public:
    返回类型 成员函数名(参数列表);
};

示例：

class Student {
public:
    int id;
    char name[20];

    void show() {
        cout << "id：" << id << endl;
        cout << "name：" << name << endl;
    }

    void set(int i, char *n) {
        id = i;
        strcpy(name, n);
    }
};

int main() {
    Student stu;
    stu.set(123, "Tom");
    stu.show();

    return 0;
}

上述代码中，我们为 Student 类添加了另外一个成员函数 set()，用于设置该学生的 id 和 name。在 main() 函数中，我们通过调用 stu 的 set() 函数来设置学生的信息。

友元函数和友元类

友元函数（Friend Functions）是和类有协作关系的函数，它可以访问该类的私有成员变量，但不是该类的成员函数。在很多情况下，我们需要将一些函数作为该类的友元函数，使得这些函数可以访问到该类的私有数据。

语法：

class 类名 {
    friend 返回类型 友元函数名(参数列表);
};

示例：

class Student {
public:
    Student() {
        age = 18;
    }

    int id;
    char name[20];

    friend void show_age(Student &stu) {
        cout << stu.age << endl;
    }

private:
    int age;
};

int main() {
    Student stu;
    show_age(stu);

    return 0;
}

上述代码中，我们为 Student 类添加了一个私有成员变量 age 和一个全局友元函数 show_age()。在 main() 函数中，通过调用 show_age() 函数输出 stu 的 age 值。

友元类（Friend Classes）是可以访问到该类的私有成员变量的类。在很多情况下，我们需要将某些类作为该类的友元类，使得这些类可以访问到该类的私有数据，从而增加程序的安全性。

语法：

friend class 友元类名;

示例：

class Student {
public:
    Student() {
        age = 18;
    }

    int id;
    char name[20];

    friend class Teacher;

private:
    int age;
};

class Teacher {
public:
    void show_age(Student &stu) {
        cout << stu.age << endl;
    }
};

int main() {
    Student stu;
    Teacher tea;
    tea.show_age(stu);

    return 0;
}

上述代码中，我们为 Student 类添加了一个私有成员变量 age 和一个友元类 Teacher。在 Teacher 类中，我们实现了一个成员函数 show_age()，该函数可以访问到 Student 类的私有数据 age。在 main() 函数中，通过调用 show_age() 函数输出 stu 的 age 值。

总结

本文介绍了C++中的类与对象的基本概念，以及类的定义、实例化、构造函数、析构函数、成员函数、友元函数和友元类的使用方法。在C++编程中，类和对象是十分重要的概念，掌握好这些概念可以使得程序设计更加简洁、清晰，并提高程序的安全性和可维护性。