[C++高频精进] 面向对象编程：类与对象

核心要点速览

• 访问控制：public（接口）、private（实现）、protected（继承）
• const 成员：const 成员变量需初始化列表初始化；const 成员函数不可修改成员变量
• static 成员：静态成员变量类共享、类外初始化；静态成员函数无 this 指针、仅访问静态成员
• 构造函数：可重载、非虚函数；含默认 / 带参 / 拷贝 / 移动构造
• 析构函数：不可重载；基类需设为虚函数避免资源泄漏
• 类大小：仅取决于非静态数据成员，遵循内存对齐

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一、基本概念

• 类：抽象的数据类型模板，定义对象的属性（数据成员）和行为（成员函数）。
• 对象：类的具体实例，占用实际内存，拥有类定义的属性和行为。

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二、核心特性：封装

核心是 “隐藏实现细节，暴露公共接口”，通过访问控制符实现。

访问控制符	可访问范围	作用
public	类内、类外、派生类	暴露接口，供外部调用
private	仅类内和友元	隐藏数据成员和内部实现
protected	类内、友元、派生类（类外不可访问）	为继承预留访问权限

• 封装意义：保障数据安全、提升代码维护性、降低使用复杂度。

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三、构造函数：对象的初始化

• 核心特点：函数名与类名相同，无返回值，对象创建时自动调用，可重载，不能为虚函数。

常见类型

1. 默认构造函数

• 定义：无参数，或所有参数都有默认值。
• 编译器行为：未定义任何构造函数时自动生成；定义其他构造函数后需手动定义。

2. 带参构造函数

• 用途：通过参数灵活初始化对象。

3. 拷贝构造函数

• 定义：参数必须为 “同类对象的 const 引用”（避免无限递归）。
• 调用时机：对象初始化、函数按值传参、函数返回值为对象（非引用）。
• 浅拷贝 vs 深拷贝：
  • 浅拷贝：仅复制表层数据，指针成员共享内存，可能导致双重释放。
  • 深拷贝：为指针成员重新分配内存并复制数据，示例：

    class String {
    private:
        char* str;
    public:
        String(const String& other) {
            str = new char[strlen(other.str) + 1];
            strcpy(str, other.str);
        }
        ~String() { delete[] str; }
    };

4. 移动构造函数

• 核心：接管原对象动态资源，避免拷贝，提升效率。
• 示例：

    class String {
    private:
        char* str;
    public:
        String(String&& other) noexcept {
            str = other.str;
            other.str = nullptr; // 掏空原对象
        }
    };
    String s2 = std::move(s1); // 接管s1资源

初始化列表

• 用途：优先初始化成员变量，推荐使用。
• 必须使用的场景：const 成员、引用成员、无默认构造函数的类成员，示例：

    class A {
    private:
        const int a;
        int& b;
    public:
        A(int x, int& y) : a(x), b(y) {} // 初始化列表
    };

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四、析构函数：对象的清理

• 特点：函数名~类名，无参数、无返回值，不可重载，对象生命周期结束时自动调用。
• 必须手动定义的场景：类包含动态分配资源（如 new 的内存）。
• 虚析构函数（基类必备，避免资源泄漏）：

    class Base {
    public:
        virtual ~Base() { delete[] data; } // 虚析构
    };
    class Derived : public Base {
    public:
        ~Derived() { delete[] derivedData; }
    };

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五、this 指针

• 本质：非静态成员函数中隐式传递的指针，指向当前调用对象（类型类名* const）。
• 用途：

    void setName(string name) { this->name = name; } // 区分成员与参数
    Person& setAge(int age) { return *this; } // 链式调用

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六、静态成员（属于类）

1. 静态成员变量

• 特点：所有对象共享，存储在全局数据区，类内声明、类外初始化：

    class Counter {
    public:
        static int count; // 类内声明
    };
    int Counter::count = 0; // 类外初始化

2. 静态成员函数

• 特点：无 this 指针，无需创建对象即可调用，仅能访问静态成员：

    static void increment() { count++; } // 仅访问静态成员
    Counter::increment(); // 直接调用

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七、类的大小计算

• 规则：仅取决于非静态数据成员，遵循内存对齐，与成员函数、静态成员无关。
• 示例：

    class Empty {};
    sizeof(Empty); // 1字节（占位）
    class A { char c; int i; };
    sizeof(A); // 8字节（1+3填充+4，对齐系数4）

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八、问答

• 构造函数和析构函数的调用顺序？
  • 构造：先定义先构造；析构：后构造先析构。
• 拷贝构造函数的参数为什么必须是引用？
  • 避免值传递引发的无限递归（形参初始化需再次调用拷贝构造）。