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C++类和对象到底是什么意思?

C++ 是一门面向对象的编程语言,理解 C++,首先要理解类(Class)对象(Object)这两个概念。

C++ 中的类(Class)可以看做C语言中结构体(Struct)的升级版。结构体是一种构造类型,可以包含若干成员变量,每个成员变量的类型可以不同;可以通过结构体来定义结构体变量,每个变量拥有相同的性质。例如:
#include <stdio.h>

//定义结构体 Student
struct Student{
    //结构体包含的成员变量
    char *name;
    int age;
    float score;
};
//显示结构体的成员变量
void display(struct Student stu){
    printf("%s的年龄是 %d,成绩是 %f\n", stu.name, stu.age, stu.score);
}

int main(){
    struct Student stu1;
    //为结构体的成员变量赋值
    stu1.name = "小明";
    stu1.age = 15;
    stu1.score = 92.5;
    //调用函数
    display(stu1);

    return 0;
}
运行结果:
小明的年龄是 15,成绩是 92.500000

C++ 中的类也是一种构造类型,但是进行了一些扩展,类的成员不但可以是变量,还可以是函数;通过类定义出来的变量也有特定的称呼,叫做“对象”。例如:
#include <stdio.h>

//通过class关键字类定义类
class Student{
public:
    //类包含的变量
    char *name;
    int age;
    float score;
    //类包含的函数
    void say(){
        printf("%s的年龄是 %d,成绩是 %f\n", name, age, score);
    }
};

int main(){
    //通过类来定义变量,即创建对象
    class Student stu1;  //也可以省略关键字class
    //为类的成员变量赋值
    stu1.name = "小明";
    stu1.age = 15;
    stu1.score = 92.5f;
    //调用类的成员函数
    stu1.say();

    return 0;
}
运行结果与上例相同。
对于熟悉 C++ 的读者,这段代码并不规范,请忽略这一细节,本节的重点是引入类和对象的概念。这套 C++ 教程是在C的基础上编写的,我并不希望一开始就提出过多的 C++ 概念,让读者吃不消,我希望读者从C逐渐过渡到 C++,从第二章开始编写规范的 C++ 代码。也就是说,包括本节在内,第一章有很多不规范的 C++ 代码,再次请熟悉 C++ 的读者忽略。
class 和 public 都是 C++ 中的关键字,初学者请先忽略 public(后续会深入讲解),把注意力集中在 class 上。

C语言中的 struct 只能包含变量,而 C++ 中的 class 除了可以包含变量,还可以包含函数。display() 是用来处理成员变量的函数,在C语言中,我们将它放在了 struct Student 外面,它和成员变量是分离的;而在 C++ 中,我们将它放在了 class Student 内部,使它和成员变量聚集在一起,看起来更像一个整体。

结构体和类都可以看做一种由用户自己定义的复杂数据类型,在C语言中可以通过结构体名来定义变量,在 C++ 中可以通过类名来定义变量。不同的是,通过结构体定义出来的变量还是叫变量,而通过类定义出来的变量有了新的名称,叫做对象(Object)

在第二段代码中,我们先通过 class 关键字定义了一个类 Student,然后又通过 Student 类创建了一个对象 stu1。变量和函数都是类的成员,创建对象后就可以通过点号.来使用它们。

可以将类比喻成图纸,对象比喻成零件,图纸说明了零件的参数(成员变量)及其承担的任务(成员函数);一张图纸可以生产出多个具有相同性质的零件,不同图纸可以生产不同类型的零件。

类只是一张图纸,起到说明的作用,不占用内存空间;对象才是具体的零件,要有地方来存放,才会占用内存空间。

在 C++ 中,通过类名就可以创建对象,即将图纸生产成零件,这个过程叫做类的实例化,因此也称对象是类的一个实例(Instance

有些资料也将类的成员变量称为属性(Property),将类的成员函数称为方法(Method)

面向对象编程(Object Oriented Programming,OOP)

类是一个通用的概念,C++、JavaC#、PHP 等很多编程语言中都支持类,都可以通过类创建对象。可以将类看做是结构体的升级版,C语言的晚辈们看到了C语言的不足,尝试加以改善,继承了结构体的思想,并进行了升级,让程序员在开发或扩展大中型项目时更加容易。

因为 C++、Java、C#、PHP 等语言都支持类和对象,所以使用这些语言编写程序也被称为面向对象编程,这些语言也被称为面向对象的编程语言。C语言因为不支持类和对象的概念,被称为面向过程的编程语言。

在C语言中,我们会把重复使用或具有某项功能的代码封装成一个函数,将拥有相关功能的多个函数放在一个源文件,再提供一个对应的头文件,这就是一个模块。使用模块时,引入对应的头文件就可以。

而在 C++ 中,多了一层封装,就是类(Class)。类由一组相关联的函数、变量组成,你可以将一个类或多个类放在一个源文件,使用时引入对应的类就可以。下面是C和C++项目组织方式的对比:

C语言中项目的组织方式
图1:C语言中项目的组织方式
 
C++中项目的组织方式
图2:C++中项目的组织方式

不要小看类(Class)这一层封装,它有很多特性,极大地方便了中大型程序的开发,它让 C++ 成为面向对象的语言。

面向对象编程在代码执行效率上绝对没有任何优势,它的主要目的是方便程序员组织和管理代码,快速梳理编程思路,带来编程思想上的革新。

面向对象编程是针对开发中大规模的程序而提出来的,目的是提高软件开发的效率。不要把面向对象和面向过程对立起来,面向对象和面向过程不是矛盾的,而是各有用途、互为补充的。如果你希望开发一个贪吃蛇游戏,类和对象或许是多余的,几个函数就可以搞定;但如果开发一款大型游戏,那你绝对离不开面向对象。

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