C++ 魔法三钥：解锁高效编程的封装、继承与多态

2024-11-04 16:03:34

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????前言

????封装

1.封装概念

2.封装格式

3.封装的原理

4.封装的作用

????继承

1.继承的概念

2.继承格式

3.继承的原理

4.继承的作用

????多态

1.多态的概念

2.多态的格式

3.多态的原理

4.多态的作用

????总结

????前言

????在 C++ 编程中，你是否曾对如何组织代码、实现代码复用以及处理不同对象的行为感到困惑？

????你是否渴望深入理解一些核心概念，从而能够更加高效地构建复杂的程序呢？

????如果你的答案是肯定的，那么 C++ 的三大特征 —— 封装、继承和多态，或许就是你一直在寻找的关键所在。

????这三个特征犹如三把神奇的钥匙，能够帮助我们打开高效编程的大门。

????封装

????“如何保护数据的安全性和完整性，同时使代码的结构更加清晰呢❓”

1.封装概念

封装是将数据和操作数据的方法封装在一个类里面，并通过访问控制符来限制对类成员的访问。就像给它们穿上保护衣，只能通过特定接口访问修改数据。

2.封装格式

在类的定义中，通过private、public和protected等访问控制符来实现封装。例如：

class MyClass {
private:
    int privateData;
public:
    void setData(int value) {
        privateData = value;
    }
    int getData() {
        return privateData;
    }
};

关于其具体的解释请观看我之前的文章????【C++】类与对象基础概念解析

3.封装的原理

⭐封装的核心原理是隐藏内部实现细节，只暴露必要的接口给外部。这样可以防止外部代码直接访问和修改类的内部数据，从而保证数据的安全性和一致性。同时，通过将相关的数据和操作放在一起，使代码的逻辑结构更加清晰，易于理解和维护。

4.封装的作用

保护数据安全，避免意外修改；

提高可维护性，修改内部不影响外部；

增强复用性，封装好的类可在不同项目使用。

????以下是一个展示 C++ 封装特性的代码示例：????

#include <iostream>
#include <string>

// 定义一个名为Person的类，用于表示人的信息
class Person {
private:
    // 私有成员变量，用于存储人的姓名
    std::string name;
    // 私有成员变量，用于存储人的年龄
    int age;

public:
    // 构造函数，用于初始化人的姓名和年龄
    Person(const std::string& name, int age) : name(name), age(age) {}

    // 获取姓名的函数，通过公共接口访问私有成员变量name
    std::string getName() const { return name; }

    // 获取年龄的函数，通过公共接口访问私有成员变量age
    int getAge() const { return age; }

    // 设置年龄的函数，通过公共接口修改私有成员变量age
    void setAge(int newAge) {
        if (newAge >= 0) {  // 进行简单的合法性检查
            age = newAge;
        } else {
            std::cerr << "年龄不能为负数" << std::endl;
        }
    }
};

int main() {
    // 创建一个Person对象，传入姓名和年龄
    Person person("Alice", 25);

    // 通过公共接口获取并输出人的姓名和年龄
    std::cout << "姓名: " << person.getName() << ", 年龄: " << person.getAge() << std::endl;

    // 通过公共接口修改年龄
    person.setAge(26);

    // 再次获取并输出人的年龄
    std::cout << "新年龄: " << person.getAge() << std::endl;

    return 0;
}

????继承

????“如何避免重复写相似代码，建立代码层次呢❓”

1.继承的概念

????一个类（派生类）能继承另一个类（基类）的属性和方法，并可扩展。

2.继承格式

派生类定义中用:符号，后跟继承方式和基类名。例如：

class BaseClass {
public:
    void baseMethod() {
        // 基类方法实现
    }
};

class DerivedClass : public BaseClass {
public:
    void derivedMethod() {
        // 派生类方法实现
    }
};

3.继承的原理

派生类继承基类非私有成员（继承方式会影响访问权限），就像孩子继承父母特质。

4.继承的作用

实现代码复用，提取共性放基类，派生类继承避免重复；

建立层次结构，清晰看到类派生关系；

方便扩展，添加新类可继承合适基类。

????以下是一个展示 C++ 继承特性的代码示例：????

#include <iostream>
#include <string>

// 基类：动物类
class Animal {
public:
    // 动物类的构造函数，用于初始化动物的名称
    Animal(const std::string& name) : name(name) {}

    // 纯虚函数，用于表示动物发出声音的行为
    // 因为不同动物叫声不同，所以在基类中不给出具体实现
    virtual void makeSound() const = 0; 

    // 获取动物名称的函数
    std::string getName() const { return name; }

protected:
    // 动物的名称，受保护成员，派生类可以访问
    std::string name;
};

// 派生类：猫类，继承自动物类
class Cat : public Animal {
public:
    // 猫类的构造函数，调用基类的构造函数初始化动物名称
    Cat(const std::string& name) : Animal(name) {}

    // 重写基类的纯虚函数，实现猫发出声音的行为
    void makeSound() const override {
        std::cout << name << " says Meow!" << std::endl;
    }
};

// 派生类：狗类，继承自动物类
class Dog : public Animal {
public:
    // 狗类的构造函数，调用基类的构造函数初始化动物名称
    Dog(const std::string& name) : Animal(name) {}

    // 重写基类的纯虚函数，实现狗发出声音的行为
    void makeSound() const override {
        std::cout << name << " says Woof!" << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 创建一个猫对象，传入名称 "Kitty"
    Cat cat("Kitty");
    // 创建一个狗对象，传入名称 "Buddy"
    Dog dog("Buddy");

    // 调用猫对象的发出声音函数
    cat.makeSound();
    // 调用狗对象的发出声音函数
    dog.makeSound();

    return 0;
}

????多态

????“怎样让同一操作在不同对象有不同效果，使程序更灵活呢？”

1.多态的概念

同一操作对不同对象有不同表现形式，C++ 中主要通过虚函数和函数重载实现。

2.多态的格式

基类中定义虚函数（virtual 返回值类型函数名(参数列表) = 0;纯虚函数或virtual 返回值类型函数名(参数列表);普通虚函数），派生类中重写（返回值类型函数名(参数列表) override;）。例如：

class Shape {
public:
    virtual void draw() = 0;
};

class Circle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        // 圆形绘制方法
    }
};

class Rectangle : public Shape {
public:
    void draw() override {
        // 矩形绘制方法
    }
};

3.多态的原理

基于动态绑定，通过基类指针或引用调用虚函数时，运行时根据对象实际类型决定调用哪个派生类函数实现。

4.多态的作用

提高灵活性，处理不同对象用统一接口，自动选合适函数实现；

增强可维护性，添加新对象类型只需创建派生类实现虚函数；

实现通用性，可写通用代码适用于多种对象。

????以下是一个展示 C++ 多态特性的代码示例：????

#include <iostream>

// 基类：形状
class Shape {
public:
    // 纯虚函数，用于绘制形状，不同形状有不同的绘制方式
    virtual void draw() const = 0;
};

// 派生类：圆形
class Circle : public Shape {
public:
    // 重写基类的纯虚函数，实现圆形的绘制方式
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a circle." << std::endl;
    }
};

// 派生类：矩形
class Rectangle : public Shape {
public:
    // 重写基类的纯虚函数，实现矩形的绘制方式
    void draw() const override {
        std::cout << "Drawing a rectangle." << std::endl;
    }
};

// 函数接受基类指针，通过多态实现不同形状的绘制
void drawShape(const Shape* shape) {
    shape->draw();
}

int main() {
    // 创建圆形对象
    Circle circle;
    // 创建矩形对象
    Rectangle rectangle;

    // 通过基类指针调用 drawShape 函数，实现多态
    drawShape(&circle);
    drawShape(&rectangle);

    return 0;
}

????总结

????C++ 的封装、继承和多态是构建高效、灵活和可维护程序的重要基础。封装、继承和多态分别在数据安全、代码复用、程序灵活等方面发挥重要作用。

????学习完C++三大特性，我们来看以下代码：

????以下是一个综合展示 C++ 封装、继承和多态特性的代码示例：????

#include <iostream>
#include <string>

// 基类：动物类
class Animal {
protected:
    // 受保护的成员变量，用于存储动物的名字
    std::string name;
public:
    // 构造函数，初始化动物的名字
    Animal(const std::string& animalName) : name(animalName) {}

    // 纯虚函数，用于发出声音，不同动物有不同的实现
    virtual void makeSound() const = 0;

    // 获取动物名字的函数
    std::string getName() const { return name; }
};

// 派生类：猫类
class Cat : public Animal {
public:
    // 构造函数，调用基类构造函数初始化名字
    Cat(const std::string& catName) : Animal(catName) {}

    // 重写纯虚函数，实现猫的声音
    void makeSound() const override {
        std::cout << name << " says Meow!" << std::endl;
    }
};

// 派生类：狗类
class Dog : public Animal {
public:
    // 构造函数，调用基类构造函数初始化名字
    Dog(const std::string& dogName) : Animal(dogName) {}

    // 重写纯虚函数，实现狗的声音
    void makeSound() const override {
        std::cout << name << " says Woof!" << std::endl;
    }
};

// 测试函数，接受基类指针，利用多态调用不同派生类的函数
void testAnimal(const Animal* animal) {
    animal->makeSound();
}

int main() {
    // 创建猫对象
    Cat cat("Fluffy");
    // 创建狗对象
    Dog dog("Rex");

    // 通过基类指针调用测试函数，展示多态
    testAnimal(&cat);
    testAnimal(&dog);

    return 0;
}

在这个代码中：

封装：在Animal类中，将成员变量name设为受保护的，外部不能直接访问，只能通过公共接口（如getName函数）来获取动物的名字，实现了封装。

继承：Cat类和Dog类都继承自Animal类，继承了基类的成员变量和函数，并且可以在派生类中添加自己特有的行为。

多态：通过基类指针调用makeSound函数时，根据实际指向的对象类型（猫或狗），会自动调用相应派生类的重写函数，实现了多态。这样可以用统一的接口处理不同类型的对象。

????以上就是本文的全部内容啦~

以后我将深入研究它们与其他 C++ 特性结合，解决更复杂编程问题！

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????前言

????封装

1.封装概念

2.封装格式

3.封装的原理

4.封装的作用

????继承

1.继承的概念

2.继承格式

3.继承的原理

4.继承的作用

????多态

1.多态的概念

2.多态的格式

3.多态的原理

4.多态的作用

????总结

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