C++面向对象之类和对象那些你不知道的细节原理详解

什么是类

类是C++中定义自己的数据类型的方法。类可看作是一种用户自定义的数据结构。

我们可以通过定义变量来定义一个类的对象，这个对象就包含了类的属性和操作。

类的基本组成

成员变量

成员变量是类的属性，也称为数据成员、字段或属性。

相当于结构体中的成员变量，可以是任何C++数据类型，包括另一个类的对象。

成员函数

成员函数是类的操作，也称为函数、方法或操作。

成员函数只能通过类的对象（即类的实例化对象）来访问。

构造函数

构造函数是一种特殊的成员函数，用于初始化类的对象。

在创建对象时，构造函数会自动执行，用于初始化对象的成员变量。

析构函数

析构函数是一种特殊的成员函数，用于清理对象。

在对象超出作用域或被显式删除时，析构函数会自动执行。

什么是对象

对象是类的一个实例化。它代表了类的一个具体的实体。

对象占用内存，拥有类的属性和操作。

例如：

class Person {
public:
    string name;
    int age;
    void sayHello() {
        cout << "Hello, my name is " << name << ", I am " << age << " years old." << endl;
    }
};

int main() {
    // 创建Person类的对象
    Person person1;
    person1.name = "Tom";
    person1.age = 18;
    person1.sayHello();
    return 0;
}

上述代码中，我们定义了一个Person类，包含了name和age两个成员变量，以及sayHello()成员函数，用于输出Person的信息。在main()函数中，我们通过创建一个Person类的对象person1，并将其成员变量name和age赋值，最终通过调用对象的sayHello()函数来输出信息。

对象的初始化

创建对象时，编译器自动调用构造函数来初始化对象的成员变量。

如果用户没有定义构造函数，编译器将会调用默认的构造函数。默认构造函数什么也不做，仅仅是为了填补构造函数的空缺。

当用户定义了构造函数时，编译器将不会再生成默认构造函数。

例如：

class Person {
public:
    string name;
    int age;
    Person() {  // 构造函数
        name = "Unknown";
        age = 0;
        cout << "Constructor called." << endl;
    }
    void sayHello() {
        cout << "Hello, my name is " << name << ", I am " << age << " years old." << endl;
    }
};

int main() {
    Person person1;
    person1.sayHello();
    return 0;
}

上述代码中，我们增加了一个构造函数，并在其中初始化了name和age成员变量。当我们创建Person对象时，构造函数会被自动调用，并执行初始化操作。

对象的销毁

当对象超出作用域或被显式删除时，编译器自动调用析构函数来清理对象。

例如：

class Person {
public:
    string name;
    int age;
    Person() {  // 构造函数
        name = "Unknown";
        age = 0;
        cout << "Constructor called." << endl;
    }
    ~Person() {  // 析构函数
        cout << "Destructor called." << endl;
    }
    void sayHello() {
        cout << "Hello, my name is " << name << ", I am " << age << " years old." << endl;
    }
};

int main() {
    {
        // 创建Person对象
        Person person1;
        person1.sayHello();
    }   // person1超出作用域，析构函数自动调用
    cout << "End of main()." << endl;
    return 0;
}

上述代码中，我们增加了一个析构函数，并在其中输出了“Destructor called.”信息。当我们创建Person对象时，析构函数会被自动调用，并输出信息。在person1超出作用域时，析构函数会再次被自动调用。

示例1：类的继承

C++支持类的继承，使得我们可以从一个已有的类派生出新类，新类可继承原有类的属性和操作。

例如：

class Student : public Person {  // Student类从Person类中继承
public:
    int grade;
    void study() {
        cout << "I am studying." << endl; 
    }
};

int main() {
    Student student1;
    student1.name = "Tom";
    student1.age = 18;
    student1.grade = 201;
    student1.sayHello();
    student1.study();
    return 0;
}

上述代码中，我们定义了一个Student类，并从Person类中继承了name和age成员变量以及sayHello()成员函数。我们增加了一个新成员变量grade和一个新成员函数study()。在main()中，我们创建了一个Student类的对象student1，并对其成员变量进行了赋值，最终通过调用对象的sayHello()和study()函数来输出信息。

示例2：类的多态

C++支持类的多态，使得我们可以用父类指针指向子类对象，实现动态绑定。

例如：

int main() {
    Person *person;
    Student student1;
    person = &student1;
    person->name = "Tom";
    person->age = 18;
    person->sayHello();
    return 0;
}

上述代码中，我们创建了一个Person指针person，并将其指向Student类的对象student1。我们对person指针进行成员变量和函数的访问，并输出信息。由于student1属于Student类，但person指针的类型为Person，因此运行时会自动调用Student类中的成员函数。

总结

本篇文章详细介绍了C++面向对象程序设计中类和对象的相关细节原理，包括成员变量、成员函数、构造函数、析构函数、对象的初始化和销毁、类的继承和类的多态。

通过该篇文章的学习，相信您已经掌握了面向对象编程中类和对象的基本概念、定义方法和常见的使用技巧。