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【C++】类的概念与基本使用介绍

news 2025/9/16 0:20:41

C++类是面向对象编程（OOP）的基础，它允许我们将数据（属性）和行为（方法）封装在一起，形成一个自定义的数据类型。以下是C++类的基本概念、特点、特性以及使用注意事项，最后会提供一个简单的代码示例。

1. 类的基本概念

类（Class）：类是一个用户定义的数据类型，它包含数据成员（属性）和成员函数（方法）。
对象（Object）：对象是类的实例，可以创建多个对象。
封装（Encapsulation）：将数据和对数据的操作封装在一起，只对外暴露必要的接口。
继承（Inheritance）：允许一个类继承另一个类的属性和方法。
多态（Polymorphism）：允许不同类的对象对同一消息做出响应。

2. 类的特点

抽象：类提供了一种抽象手段，可以隐藏内部实现细节。
封装：类将数据和操作数据的方法封装在一起，提高了代码的可维护性和安全性。
继承：类可以继承其他类的特性，实现代码复用。
多态：类可以通过虚函数实现多态，使得同一操作可以作用于不同类型的对象。

3. 类的特性

数据成员：类中定义的数据变量。
成员函数：类中定义的函数。
构造函数：用于初始化对象。
析构函数：用于清理对象。
访问修饰符：public、private、protected，用于控制成员的访问权限。

在C++中，public、private 和 protected 是三种访问修饰符，它们用于控制类成员（包括数据成员和成员函数）的访问权限。以下是这三种访问修饰符的区别：

3.1 public

public成员可以被类的外部访问，无论这些外部访问是通过对象还是通过类的继承关系。
public成员是类的公共接口的一部分，通常用于提供对类外部的方法和数据的访问。

3.2 private

private成员只能被类内部的成员函数（包括构造函数、析构函数和友元函数）访问。
private成员用于实现类的内部工作细节，隐藏实现细节，防止类外部直接访问和修改，保证了类的封装性。
private成员不能被派生类（子类）访问，即使是派生类中定义的成员函数也不能直接访问基类的private成员。

3.3 protected

protected成员与private成员类似，但它们可以被派生类访问。
protected成员通常用于那些需要在派生类中直接访问，但在类外部不应该被访问的数据和行为。
与private成员一样，protected成员不能被类的外部访问，但它们可以被派生类的成员函数访问，无论是直接访问还是通过继承链。

下面是一个简单的例子来说明这三种访问修饰符的区别：

class Base {
public:int publicVar;  // 公共变量，可以被外部访问void publicFunc() { // 公共函数，可以被外部调用// 可以访问public, private, protected成员}private:int privateVar;  // 私有变量，只能在类内部访问void privateFunc() { // 私有函数，只能在类内部调用// 可以访问public, private, protected成员}protected:int protectedVar;  // 保护变量，可以在类内部和派生类中访问void protectedFunc() { // 保护函数，可以在类内部和派生类中调用// 可以访问public, private, protected成员}
};class Derived : public Base {
public:void accessBaseMembers() {publicVar = 10; // 可以访问基类的public成员// privateVar = 20; // 错误：不能访问基类的private成员protectedVar = 30; // 可以访问基类的protected成员publicFunc(); // 可以调用基类的public成员函数// privateFunc(); // 错误：不能调用基类的private成员函数protectedFunc(); // 可以调用基类的protected成员函数}
};int main() {Base base;base.publicVar = 10; // 正确：可以访问public成员// base.privateVar = 20; // 错误：不能访问private成员// base.protectedVar = 30; // 错误：不能访问protected成员base.publicFunc(); // 正确：可以调用public成员函数// base.privateFunc(); // 错误：不能调用private成员函数// base.protectedFunc(); // 错误：不能调用protected成员函数return 0;
}

在这个例子中，Base 类定义了public、private和protected成员。Derived 类继承自 Base 类，并尝试访问基类成员。通过例子可以看出，public成员可以被任何地方访问，private成员只能被类内部访问，而protected成员可以被类内部和派生类访问。

4. 使用注意事项

合理使用访问修饰符：保护类的内部状态，只暴露必要的接口。
初始化和清理：正确使用构造函数和析构函数。
避免过度封装：适当的封装可以提高代码的可读性和可维护性，但过度封装可能导致代码复杂度增加。
继承和组合的选择：根据实际情况选择继承或组合。

5. 代码示例

以下是一个简单的 C++ 类示例，用于表示一个矩形：

// 矩形类定义
class Rectangle {
private:float length; // 矩形的长float width;  // 矩形的宽public:// 构造函数Rectangle(float l, float w) {length = l;width = w;}// 计算面积的方法float area() {return length * width;}// 计算周长的方法float perimeter() {return 2 * (length + width);}// 析构函数~Rectangle() {// 可以在这里进行清理工作}
};int main() {// 创建矩形对象Rectangle rect(10.0, 5.0);// 计算并输出面积std::cout << "面积: " << rect.area() << std::endl;// 计算并输出周长std::cout << "周长: " << rect.perimeter() << std::endl;return 0;
}

5.1 代码讲解

类定义：class Rectangle 定义了一个名为 Rectangle 的类。
私有成员：private 下的 length 和 width 是矩形的属性，只能在类内部访问。
构造函数：Rectangle(float l, float w) 是一个构造函数，用于初始化矩形的长和宽。
成员函数：area() 和 perimeter() 是成员函数，分别用于计算矩形的面积和周长。
析构函数：~Rectangle() 是析构函数，用于对象销毁前的清理工作。
创建对象：Rectangle rect(10.0, 5.0); 创建了一个 Rectangle 类的对象 rect。
调用成员函数：通过 rect.area() 和 rect.perimeter() 调用对象的成员函数，计算并输出面积和周长。