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C++ 魔法三钥:解锁高效编程的封装、继承与多态

20 人参与  2024年10月31日 17:21  分类 : 《关于电脑》  评论

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目录

?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privatepublicprotected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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