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C++核心编程：类与对象全面解析

news 2025/4/29 6:17:54

C++核心编程：类与对象全面解析

大家好！今天我要和大家深入探讨C++面向对象编程中最核心的概念：类与对象。👨‍💻 这是我们迈向高级C++开发的第一步，掌握好这部分内容，对未来学习更高级的设计模式和框架都至关重要！

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📋 学习目标

理解类和类的成员的概念，掌握声明类的方法，以及由类定义对象的方法
初步掌握用类和对象编写基于对象的程序
学会检查和调试基于对象的程序
掌握类的构造函数和析构函数的定义
掌握对象数组、对象指针及其使用方法
掌握共用数据的保护方法

🔍 经典程序剖析

1. 构造函数与析构函数执行顺序分析

先阅读下面的程序，尝试预测运行结果，然后再验证：

构造函数与析构函数示例

#include <iostream>
using namespace std;
class A {
public:A() {cout << "Constructing A" << endl;}~A() {cout << "Destructing A" << endl;}
};class B {
public:B() {cout << "Constructing B" << endl;}~B() {cout << "Destructing B" << endl;}
};int main() {A a;B b;return 0;
}

代码分析：

这段程序展示了构造函数和析构函数的调用顺序
对象创建时，构造函数按照定义顺序执行（先A后B）
对象销毁时，析构函数按照与创建相反的顺序执行（先B后A）
这遵循了C++中"后进先出"的内存管理原则

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2. 拷贝构造函数深入理解

拷贝构造函数示例

#include<iostream>
using namespace std;class Test
{int x, y;  
public:Test(int i, int j) {x = i;  y = j;  cout << "con\n";  }Test(Test &A) {  x = A.x;    y = A.y;cout << "copycon\n";}void show() {cout << "x=" << x << "\t y=" << y << endl; }
};int main()
{Test B1(2, 3); Test B2 = B1;   Test B3(B1);    B2.show();      B3.show();return 0;    
}

代码分析：

这个例子展示了拷贝构造函数的两种调用方式
Test B1(2, 3) 调用普通构造函数
Test B2 = B1 和 Test B3(B1) 都调用拷贝构造函数
拷贝构造函数用于创建一个新对象，该对象是现有对象的副本
注意拷贝构造函数的参数是引用类型，这是必须的，否则会导致无限递归

3. 对象数组与对象指针运用

对象数组与指针示例

#include <iostream>
using namespace std;class Sample {int x;
public:void setx(int i) {x = i;    }int putx() {return x; }
};int main() {Sample *p;            Sample A[3];         A[0].setx(5);A[1].setx(6);A[2].setx(7);for(int j=0; j<3; j++) {  p = &A[j];      cout << p->putx() << " ";  }cout << endl;return 0;           
}

代码分析：

此程序展示了对象数组与对象指针的基本使用
Sample A[3] 创建了一个包含3个Sample对象的数组
通过数组下标访问每个对象并设置其x成员
使用指针p依次指向数组中的每个对象
通过指针使用->运算符调用成员函数

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🛠️ 程序调试与优化

1. 构造函数声明修复

原代码存在问题，现已修正：

构造函数修复

#include <iostream>
using namespace std;  class A {int i;
public:A(int ii) {      // 错误构造函数声明（void A→A）i = ii;}int geti() {     return i;}
};int main() {A *pa;           pa = new A(10);  // 补充(int参数)cout << "i=" << pa->geti() << endl;  return 0;         
}

问题分析：

原代码中构造函数声明错误，使用了void A而非A
创建动态对象时缺少必要的构造函数参数
修正后，动态创建对象并正确初始化，输出结果为i=10

2. 类成员访问修复

类成员访问修复

#include <iostream>
using namespace std;  class base {int x, y;        
public:int z;void Init(int a, int b) {  setx(a);sety(b);}int getx() { return x; }  int gety() { return y; }  void setx(int a) { x = a; }void sety(int b) { y = b; }
};  int main() {base A, B;        A.Init(76, 77);   B.Init(78, 79);    cout << "A.x=" << A.getx() << endl;cout << "B.x=" << B.getx() << endl;return 0;         
}

问题分析：

原代码直接访问私有成员x和y导致错误
修正后通过公有成员函数getx()访问私有成员
这展示了封装原则的重要性：私有成员只能通过公有接口访问

3. 解决作用域解析问题

作用域解析修复

#include <iostream>       
using namespace std;class Time {
public:int hour, minute;void printTime();     void setHour(int h, int m) {hour = h;         minute = m;       }
};                      void Time::printTime() {  // 修正作用域解析cout << "hour: " << hour << "/minute: " << minute << endl; }int main() {Time aTime;           aTime.setHour(5, 39); aTime.printTime();    // 未指定对象 → 补全aTime.return 0;             
}

问题分析：

原代码中类外成员函数定义缺少作用域解析符Time::
在main()中，成员函数调用缺少对象指定
修复后正确输出：hour:5/minute:39

问题4

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📝 程序填空题解析

1. 构造函数与访问器补全

构造函数与访问器

#include<iostream>
using namespace std;
class a
{
private:int num;float f1;
public:a();a(int n, double f);  // 填入参数类型 int n, double fint Getint(){return num;}    // 返回类型为 intdouble Getdouble(){return f1;} // 返回类型为 double（float自动提升）
};a::a()  // 类外构造函数定义
{cout<<"默认初始化"<<endl;num = 0;    // 初始化整型成员f1 = 0.0;   // 初始化浮点成员
}a::a(int n,double f)
{cout<<"初始化"<<endl;num=n;f1=f;
}int main()
{a x;a y(2,4.5);cout<<x.Getint()<<" "<<x.Getdouble()<<endl;cout<<y.Getint()<<" "<<y.Getdouble()<<endl;return 0 ;
}

填空解析：

参数构造函数声明：a(int n, double f)
整型访问器返回类型：int
浮点访问器返回类型：double
默认构造函数定义：a::a()
整型成员初始化：num = 0
浮点成员初始化：f1 = 0.0

2. 三角形计算类实现

三角形计算

#include <iostream>  // 补全输入输出流头文件
#include <math.h>
using namespace std;
class A
{double a,b,c;
public:A (double,double,double);double fun1();     // 声明计算周长的成员函数double fun2();     // 声明计算面积的成员函数
};double A::fun1(){return a+b+c;}
A::A(double i,double j,double k)
{a=i;b=j;c=k;
}
double A::fun2()
{double d;d = (a+b+c) / 2.0;return sqrt(d*(d-a)*(d-b)*(d-c));
}int main()
{A a1(3,4,5);cout<<"三角形边长和：";cout << a1.fun1();  // 调用周长计算函数cout<<endl;cout<<"三角形面积：";cout << a1.fun2();  // 调用面积计算函数cout<<endl;return 0 ;
}

填空解析：

包含头文件：#include <iostream>
周长计算函数声明：double fun1();
面积计算函数声明：double fun2();
输出周长：cout << a1.fun1();
输出面积：cout << a1.fun2();

📊 数学算法应用：像这样的几何计算在嵌入式系统中也很常见，特别是在传感器数据处理和位置计算中。FreeRTOS项目中有许多实时数据处理的范例！

💻 实战编程挑战

1. 时钟类设计实现

时钟类效果
时钟类运行效果

#include <iostream>
#include <iomanip>  // 用于格式化输出
using namespace std;class Clock {
private:int hour;int minute;int second;public:// (1) 构造函数：默认初始化00:00:00Clock() : hour(0), minute(0), second(0) {}// (1) 重载构造函数：指定时分秒Clock(int h, int m, int s) : hour(h), minute(m), second(s) {}// (2) 动态设置时间void setclock(int h, int m, int s) {hour = h;minute = m;second = s;}// (3) 格式化显示时间void showclock() {cout << setfill('0')  // 不足两位补零<< setw(2) << hour << ":" << setw(2) << minute << ":" << setw(2) << second << endl;}
};int main() {Clock clock1;                   // 默认构造clock1.showclock();             // 输出 00:00:00clock1.setclock(12, 1, 1);      // 动态设置时间clock1.showclock();             // 输出 12:01:01Clock clock2(13, 1, 1);         // 指定参数构造clock2.showclock();             // 输出 13:01:01return 0;
}

实现重点：

使用私有数据成员保护时间数据
提供两种构造函数实现不同的初始化方式
使用setfill和setw确保时间格式的标准化（两位数字，不足前补0）
提供设置时间的公有接口，保持封装性

⏱️ 实时性提示：在实时系统中，时间管理至关重要。FreeRTOS提供了专门的时间管理函数和延时机制，详见 FreeRTOS资源库中的时间管理部分！

2. 图书管理系统实现

图书管理系统效果
图书管理系统运行效果

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;class Book {
private:string bookname;double price;int number;public:// 构造函数初始化数据成员Book(string name, double p, int num) : bookname(name), price(p), number(num) {}void display() {cout << "书名：" << bookname << endl<< "价格：" << price << "元" << endl<< "库存：" << number << "本" << endl;}void borrow() {if(number > 0) {number--;cout << "借阅成功，当前库存：" << number << endl;} else {cout << "库存不足，无法借阅！" << endl;}}void restore() {number++;cout << "归还成功，当前库存：" << number << endl;}
};int main() {// 创建图书对象Book book1("C++", 23.5, 3);Book book2("Data Structure", 28.8, 7);// 操作book1cout << "----book1信息----" << endl;book1.display();book1.borrow();book1.borrow();book1.restore();// 操作book2cout << "\n----book2信息----" << endl;book2.restore(); book2.display();  return 0;
}