第十三章：C++面向对象编程思想详解
1. 概述
面向对象编程（Object-Oriented Programming，简称OOP）是一种软件开发方法，其核心概念是将现实世界的事物抽象为对象，并通过对象之间的交互来描述和解决问题。本文将详细讲解C++中的面向对象编程思想，并结合代码和实际案例进行演示。
2. 面向对象的基本概念
2.1 类和对象
在面向对象编程中，类（Class）是一个模板，用于描述具有相同属性和行为的对象。对象（Object）是类的一个实例，可以通过实例化类来创建对象。以下是一个简单的类和对象的例子：
class Rectangle { private: int width; int height; public: void setDimensions(int w, int h) { width = w; height = h; } int calculateArea() { return width * height; } }; int main() { // 创建一个Rectangle对象 Rectangle rect; // 使用成员函数设置对象的宽度和高度 rect.setDimensions(5, 3); // 调用成员函数计算矩形的面积 int area = rect.calculateArea(); cout << "Rectangular Area: " << area << endl; return 0; }
运行结果：
Rectangular Area: 15
在上述代码中，我们定义了一个名为Rectangle的类来表示矩形。通过实例化该类，我们创建了一个名为rect的对象，并使用成员函数设置对象的宽度和高度。随后，我们调用成员函数计算并输出矩形的面积。
2.2 封装
封装是面向对象编程的重要特性之一，它将数据和函数打包起来，形成一个类。通过封装，我们可以隐藏实现细节，让类的用户只能通过公共接口来访问和操作数据。以下是一个封装的示例：
class Circle { private: double radius; public: void setRadius(double r) { if (r >= 0) { radius = r; } else { cout << "Invalid radius." << endl; } } double getRadius() const { return radius; } double calculateArea() const { return 3.14 * radius * radius; } }; int main() { Circle c; c.setRadius(5); cout << "Circle Radius: " << c.getRadius() << endl; cout << "Circle Area: " << c.calculateArea() << endl; return 0; }
运行结果：
Circle Radius: 5 Circle Area: 78.5
在上述代码中，我们定义了一个名为Circle的类来表示圆形。radius是私有成员变量，对外部不可见。通过公共成员函数setRadius，我们保证了半径的合法性。公共成员函数getRadius和calculateArea可以用于获取半径和计算圆形的面积。
2.3 继承
继承是面向对象编程的另一个重要概念，它允许我们定义一个新类来继承已存在的类的属性和方法。继承可以实现代码重用和层次化组织。以下是一个示例：
class Shape { protected: int width; int height; public: void setDimensions(int w, int h) { width = w; height = h; } }; class Rectangle : public Shape { public: int calculateArea() { return width * height; } }; int main() { Rectangle rect; rect.setDimensions(5, 3); cout << "Rectangular Area: " << rect.calculateArea() << endl; return 0; }
运行结果：
Rectangular Area: 15
在上述代码中，我们使用继承创建了一个名为Rectangle的类，该类继承了Shape类。子类Rectangle自动拥有了父类Shape的成员变量和成员函数，并且可以通过调用构造函数进行初始化。因此，我们可以通过创建Rectangle对象并设置其尺寸来计算矩形的面积。
2.4 多态
多态是面向对象编程的另一个重要特性，指的是同一个函数或方法，由于不同对象的不同行为而表现出多种形态。多态通过基类指针或引用来实现，允许我们以统一的方式来处理不同的派生类对象。以下是一个多态的示例：
class Shape { public: virtual double calculateArea() const = 0; }; class Rectangle : public Shape { private: int width; int height; public: Rectangle(int w, int h) : width(w), height(h) {} double calculateArea() const { return width * height; } }; class Circle : public Shape { private: double radius; public: Circle(double r) : radius(r) {} double calculateArea() const { return 3.14 * radius * radius; } }; int main() { Rectangle rect(5, 3); Circle circle(2); // 使用基类指针指向子类对象 Shape* shape1 = ▭ Shape* shape2 = &circle; cout << "Rectangle Area: " << shape1->calculateArea() << endl; cout << "Circle Area: " << shape2->calculateArea() << endl; return 0; }
运行结果：
Rectangle Area: 15 Circle Area: 12.56
在这个例子中，我们定义了一个抽象基类Shape，并提供了纯虚函数calculateArea()。Rectangle和Circle类都继承自Shape并实现了自己的calculateArea()函数。
在main()函数中，我们使用基类指针将Rectangle对象和Circle对象存储，并通过指针调用calculateArea()函数。由于多态机制的存在，即使是使用了基类指针，也会根据实际所指的派生类对象来调用正确的函数实现。
3. 总结
本文详细介绍了C++中面向对象编程的基本概念和思想。类和对象、封装、继承和多态是面向对象编程的核心概念，可以帮助我们更好地组织和管理代码，并实现复杂的功能。
通过合理地运用面向对象编程的思想，我们可以提高代码的可读性、可维护性和重用性，从而更加高效地开发软件。
