第8天：面向对象编程入门 - 类与对象

一、📚 今日学习目标

1. 🎯 掌握类与对象的定义与使用
2. 🔧 理解封装、继承、多态三大特性
3. 💡 完成银行账户管理系统实战
4. 🛠️ 学会构造函数与析构函数的编写

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二、⚙️ 核心知识点详解

1. 类的定义与对象创建

类的基本结构

class BankAccount {
private:
    string accountNumber;
    double balance;
    
public:
    // 构造函数
    BankAccount(string accNo, double initialBalance) 
        : accountNumber(accNo), balance(initialBalance) {}
    
    // 成员函数
    void deposit(double amount) {
        balance += amount;
    }
    
    bool withdraw(double amount) {
        if (balance >= amount) {
            balance -= amount;
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    double getBalance() const {
        return balance;
    }
};

// 创建对象
BankAccount myAccount("123456", 1000.0);

2. 封装与访问控制

成员访问修饰符

class Person {
public:    // 公有成员
    string name;
protected:  // 受保护成员
    int age;
private:   // 私有成员
    string idCard;
};

3. 继承与多态

继承语法

class SavingsAccount : public BankAccount {
private:
    double interestRate;
    
public:
    SavingsAccount(string accNo, double initialBalance, double rate)
        : BankAccount(accNo, initialBalance), interestRate(rate) {}
    
    void addInterest() {
        balance += balance * interestRate / 100;
    }
};

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三、🔧 代码实战：银行账户管理系统

1. 功能需求

• 创建不同类型的账户（储蓄/支票）
• 存款/取款操作
• 计算利息（仅储蓄账户）

2. 实现步骤

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

class Account {
protected:
    string accountNumber;
    double balance;
public:
    Account(string accNo, double amt) 
        : accountNumber(accNo), balance(amt) {}
    
    virtual void display() const = 0; // 纯虚函数
};

class SavingsAccount : public Account {
private:
    double interestRate;
public:
    SavingsAccount(string accNo, double amt, double rate)
        : Account(accNo, amt), interestRate(rate) {}
    
    void deposit(double amt) {
        balance += amt;
    }
    
    void withdraw(double amt) {
        if (balance >= amt) {
            balance -= amt;
        }
    }
    
    void addInterest() {
        balance += balance * interestRate / 100;
    }
    
    void display() const override {
        cout << "储蓄账户(" << accountNumber << ")：余额$" << balance << endl;
    }
};

class CheckingAccount : public Account {
public:
    CheckingAccount(string accNo, double amt)
        : Account(accNo, amt) {}
    
    void deposit(double amt) {
        balance += amt;
    }
    
    bool withdraw(double amt) {
        if (balance >= amt) {
            balance -= amt;
            return true;
        }
        return false;
    }
    
    void display() const override {
        cout << "支票账户(" << accountNumber << ")：余额$" << balance << endl;
    }
};

int main() {
    vector<Account*> accounts;
    
    // 创建账户
    accounts.push_back(new SavingsAccount("SA123", 5000, 2.5));
    accounts.push_back(new CheckingAccount("CA456", 2000));
    
    // 存款操作
    accounts[0]->deposit(1000);
    accounts[1]->deposit(500);
    
    // 取款操作
    accounts[0]->withdraw(200);
    accounts[1]->withdraw(1500); // 余额不足
    
    // 显示所有账户
    cout << "\n📊 账户信息：" << endl;
    for (const auto& acc : accounts) {
        acc->display();
    }
    
    // 清理内存
    for (auto acc : accounts) {
        delete acc;
    }
    
    return 0;
}

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四、🛠️ 进阶技巧

1. 构造函数初始化列表

class Point {
public:
    Point(double x, double y) 
        : x(x), y(y) {} // 直接初始化成员变量
private:
    double x, y;
};

2. 多态实现原理

// 纯虚函数声明
virtual void draw() = 0;

// 重写（override）关键字（C++11）
void draw() override;

3. 抽象类与接口

class Shape { // 抽象类
public:
    virtual void draw() = 0; // 纯虚函数
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override { /* 绘制圆 */ }
};

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五、❓ 常见问题解答

Q：类和结构体有什么本质区别?
→ 默认访问权限不同（类private/结构体public），设计意图不同（类强调封装/结构体侧重数据组织）

Q：什么是虚函数？​
→ 用于实现多态机制的成员函数，通过virtual关键字声明

Q：构造函数可以调用虚函数吗？​
→ 不建议，此时虚函数调用的是基类的实现而非派生类

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六、📝 今日总结

✅ 成功掌握：

• 🔑 类的定义与对象创建方法
• 🔒 封装实现数据隐藏
• 🌟 继承与多态的基本应用
• 💡 构造函数/析构函数的编写规范

⏳ 明日预告：

• 模板编程基础（泛型编程）

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七、📝 课后挑战任务

1.🌟 完善银行系统：

• 添加账户类型判断功能
• 实现按账户类型统计总金额

2. 🔍 抽象类应用：

// 完成图形面积计算程序
class Shape {
public:
    virtual double area() = 0;
};

class Circle : public Shape {
private:
    double radius;
public:
    Circle(double r) : radius(r) {}
    double area() override { return 3.14 * radius * radius; }
};

class Rectangle : public Shape {
private:
    double width, height;
public:
    Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {}
    double area() override { return width * height; }
};

int main() {
    Shape* shapes[2];
    shapes[0] = new Circle(5);
    shapes[1] = new Rectangle(4, 6);
    
    cout << "总面积：" << shapes[0]->area() + shapes[1]->area() << endl;
    
    // 释放内存
    delete[] shapes;
    return 0;
}

3.📝 技术总结：

• 列举面向对象编程的5个典型应用场景

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🔍 上一天课后挑战任务答案

任务1：图书馆管理系统扩展（知识点拆解）

📚 核心知识点

1. ​结构体扩展​

   • 在原有LibraryBook结构体中添加borrowerName和isBorrowed字段
   • 示例代码：

     struct LibraryBook {
         string isbn;
         string title;
         string author;
         double price;
         string borrowerName;
         bool isBorrowed;
     };
     

2. ​动态数据管理​

   • 使用vector<LibraryBook>存储图书信息
   • 添加借阅逻辑：

     // 借阅操作
     void borrowBook(vector<LibraryBook>& books, const string& isbn, const string& name) {
         for (auto& book : books) {
             if (book.isbn == isbn && !book.isBorrowed) {
                 book.borrowerName = name;
                 book.isBorrowed = true;
                 cout << "📖《" << book.title << "》已借出！" << endl;
                 return;
             }
         }
         cout << "📝 该书不可借阅或已被借出！" << endl;
     }
     

3. ​范围查询实现​

   • 按价格区间筛选图书：

     vector<LibraryBook> filterByPrice(const vector<LibraryBook>& books, double minPrice, double maxPrice) {
         vector<LibraryBook> result;
         for (const auto& book : books) {
             if (book.price >= minPrice && book.price <= maxPrice) {
                 result.push_back(book);
             }
         }
         return result;
     }
     

🛠️ 实现技巧

• ​数据持久化：使用文件流保存借阅记录（fstream）
• ​界面优化：添加菜单循环和输入验证
• ​异常处理：处理无效ISBN输入（cin.fail()）

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任务2：时间格式转换程序（深入解析）

🔍 关键知识点

1. ​联合体（Union）的特性​

   • 所有成员共享同一块内存地址
   • 示例内存布局：

     totalSeconds (int) | hours (int) | minutes (int) | seconds (int)
     -----------------------------------------------
     0x0000           | 0x0004       | 0x0008        | 0x000C
     

2. ​类型转换方法​

   • 通过成员访问符切换不同视图：

     Time t;
     t.totalSeconds = 3661; // 初始化为总秒数
     cout << "小时：" << t.hours << endl; // 自动转换显示
     

3. ​取模运算原理​

   • 计算时分秒的数学公式：

     hours = totalSeconds / 3600
     remaining = totalSeconds % 3600
     minutes = remaining / 60
     seconds = remaining % 60
     

🎯 进阶应用

• ​时区转换：添加时区偏移量参数
• ​闰年判断：扩展日期计算功能
• ​时间格式化：输出ISO 8601标准格式（YYYY-MM-DD HH:MM:SS）

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任务3：技术总结表（知识点扩展）

应用场景	结构体设计要点	实际开发建议
学生信息管理	包含学号/姓名/成绩/年级	使用std::vector存储动态数据
几何图形计算	包含坐标/面积/周长	重载运算符（如+表示向量相加）
文件元数据存储	包含创建时间/修改时间/大小	使用struct代替class提升效率
通信协议解析	包含版本号/数据长度/校验和	添加序列化（serialization）功能

📊 内存对比示意图

// 结构体内存布局示例
struct Student {
    int id;         // 4 bytes
    char name[20];  // 20 bytes
    float score;    // 4 bytes
};

// 联合体内存布局示例
union Data {
    int integer;    // 4 bytes
    double floating; // 8 bytes
    char character; // 1 byte
};