• 💭 写在前面：本章我们将进入 Object-oriented Programming，面向对象编程的讲解，探讨 C++ 中的类，继承等。

目录

0x00 面向对象编程

0x01 C语言中的结构体

0x02 案例研究：C++ 中的类

0x03 术语

0x04 继承：动机

0x05 继承和指针

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0x00 面向对象编程

另一种重要的编程语言范式，编程是对象的创建和交互。

对象是相关数据和代码的集合，数据 = 属性 (字段) ，代码 = 方法 (函数)。

通常，对象对应于现实世界中的某物。

例如网站系统中的学生对象，网页浏览器引擎中的 HTML 元素对象。

许多现代编程语言在某种程度上支持面向对象编程的概念，例如：C++，Java，Python...

0x01 C语言中的结构体

让我们回顾一下C语言 (它不被认为采用面向对象编程)

struct 用于将一组数据定义为一种新类型，处理这种结构体的函数是单独定义的。

struct Student {
    int id;
    char name[32];
    ...
};

void printStudent(struct Student *x) {
    printf("ID: %d\n", x->id);
    ...
}

0x02 案例研究：C++ 中的类

在 C++ 中，我们定义和使用类，将相关数据 (属性) 和代码 (方法) 绑定在一起。

这种类后来被用来创建对象 (实例)，我们还使用访问修饰符 (public 和 private) 来隐藏内部细节，使其不被外部访问。

class Student {
    private:
        int id;
        string name;
    public:
        void Print() {
            cout << "ID: " << id << endl;
            cout << "Name: " << name << endl;
        }
        ...
};

0x03 术语

封装 (Encapsulation) ：将相关数据和代码绑定在一起

抽象 (Abstraction) / 信息隐藏 (info hiding)：仅暴露必要信息，省略实现细节

我们将学生定义为支持 Print() 等功能的对象，我们使内部细节无法从外部访问。

class Student {
    private:
        int id;
        string name;
    public:
        void Print() {
            cout << "ID: " << id << endl;
            cout << "Name: " << name << endl;
        }
        ...
};

0x04 继承：动机

假设我们要开发学生管理系统，让我们定义 Student 和 Professor 类如下 (注意这次我们为学生添加了 GPA 属性)，这两个类共享一些属性和方法。

class Student {
private:
	int id;
	string name;
	double GPA; // Grade Point
public:
	int GetID() { return id; }
	string GetName() { return name; }
	double GetGPA() { return GPA; }
	void Print() { ... }
};

class Professor {
private:
	int id;
	string name;
	string office; // Office room No.
public:
	int GetID() { return id; }
	string GetName() { return name; }
	string GetOffice() { return office; }
	void Print() { ... }
};

然后，这两个类的对象必须分别存储和处理，在下面的示例中，我们必须有单独的数组 (students 和 profs) 和函数 (printStudents 和 printProfs) 。

void printStudents(Student* students[]) { ... }
void printProfs(Professor* profs[]) { ... }
int main() {
	Student* students[MAX_N] = { NULL };
	Professor* profs[MAX_N] = { NULL };
	students[0] = new Student(...);
	profs[0] = new Professor(...);
	...
		printStudents(students);
	printProfs(profs);
	return 0;
}

相反，我们可以从这两个类中提取共同特征，并将其定义为 UnivMem 类，然后，Student 和Professor 类将继承这个类。目前，假设只有UnivMem类具有 Print() 方法。

class UnivMem {
private:
	int id;
	string name;
public:
	int GetID() { return id; }
	string GetName() { return name; }
	void Print() { ... }
};

class Student : public UnivMem {
private:
	double GPA;
public:
	double GetGPA() { return GPA; }
};

class Professor : public UnivMem {
private:
	string office;
public:
	string GetOffice() { return office; }
};

现在，UnivMem 指针可以指向 Student 或 Professor 对象，隐式上转型为 UnivMem 指针，直观上，这很合理，因为 Student 是 UnivMem 的一种。

void printMembers(UnivMem* mems[]) {
	for (int i = 0; mems[i] != NULL; i++)
		mems[i]->Print();
}
int main() {
	UnivMem* members[MAX_N] = { NULL };
	members[0] = new Student(...);
	members[1] = new Professor(...);
	printMembers(members);
	return 0;
}

0x05 继承和指针

如果我们使用一个 Student 指针，我们可以访问对象的所有公共属性和方法，请注意下面的图表仅为概念说明（实际上，方法不存储在对象内存中），此图中不包括私有属性。

与此同时，如果我们使用一个 UnivMem 指针，我们只能访问 UnivMem 类中的公共属性和方法， 即使实际上被这个 UnivMem 指针指向的对象是一个 Student 对象，我们也不能调用 GetGPA() 方法。

在这个例子中，只有第一个调用 s->GetGPA() 会成功编译和运行。

即使 m1 实际上指向一个 Student 对象，m1->GetGPA() 也不会编译通过。

int main() {
	UnivMem* m1, * m2;
	Student* s = new Student(...);
	Professor* p = new Professor(...);
	m1 = s;
	m2 = p;
	cout << s->GetGPA() << endl;  // OK
	cout << p->GetGPA() << endl;  // Error
	cout << m1->GetGPA() << endl; // Error
	cout << m2->GetGPA() << endl; // Error

	return 0;
}

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📌 [ 笔者 ]   王亦优
📃 [ 更新 ]   2024.6.10
❌ [ 勘误 ]   /* 暂无 */
📜 [ 声明 ]   由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
              本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！

📜 参考资料  C++reference[EB/OL]. []. http://www.cplusplus.com/reference/. Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. .