C++ 封装、继承和多态

C++三大特性是封装、继承和多态。

  1. 封装

封装是指的是将数据和操作数据的方法封装在类中,使得数据和方法不能被外部直接访问,只能通过类的公共接口进行访问和修改。封装的目的是实现代码模块化和信息隐藏,提高代码的可维护性和可重用性。

2. 继承

继承是指的是一个类(子类)通过继承另一个类(父类)的属性和方法,从而实现代码的扩展。继承是一种代码复用的方式,可以通过继承现有类来创建新类,而无需重新编写原来的类。

3. 多态

多态指的是同一个函数名可以调用不同类型的函数,从而实现不同对象之间的差异性行为。多态有两种形式:静态多态和动态多态。静态多态是通过函数重载和运算符重载来实现的,而动态多态则是通过虚函数来实现的。多态的目的是实现代码的灵活性和可扩展性,使得程序可以更好地适应不同的应用场景。

### 封装 封装是一种保护数据的技术,它隐藏了对象的内部状态并仅暴露必要的接口。在 C++ 中,可以通过 `private` 或 `protected` 关键字来控制类成员的访问权限[^1]。 以下是封装的一个简单示例: ```cpp class EncapsulationExample { private: int secretData; public: void setSecret(int value) { if (value >= 0) { // 数据验证逻辑 secretData = value; } } int getSecret() const { return secretData; } }; ``` 在此示例中,`secretData` 被设置为私有变量,外部无法直接修改其值,而必须通过公共方法 `setSecret()` 来间接操作。 --- ### 继承 继承是面向对象编程中的一个重要概念,表示一种“is-a”的关系。子类可以继承父类的方法属性,并可以选择覆盖某些行为或扩展新的功能[^4]。 下面是一个简单的继承例子: ```cpp class ParentClass { protected: // 子类可访问此字段 int parentField; public: ParentClass(int field) : parentField(field) {} void displayParentInfo() const { std::cout << "Parent Field Value: " << parentField << "\n"; } }; class ChildClass : public ParentClass { private: int childField; public: ChildClass(int pField, int cField) : ParentClass(pField), childField(cField) {} void displayChildInfo() const { std::cout << "Child Field Value: " << childField << "\n"; } }; ``` 注意,在构造过程中,子类会先调用父类的构造函数完成初始化工作。 --- ### 多态 多态是指同一种事物表现出不同的形式的能力。C++ 支持两种主要类型的多态:编译时多态(重载)运行时多态(虚函数)。其中,运行时多态通常由虚函数实现[^2]。 #### 编译时多态(重载) 函数重载允许在同一作用域内定义多个具有相同名称但参数列表不同的函数。例如: ```cpp void printValue(int val); void printValue(double val); int main() { printValue(5); // 自动匹配到第一个版本 printValue(3.14); // 自动匹配到第二个版本 } ``` 这种机制属于静态绑定,即在编译阶段就决定了具体调用哪个函数。 #### 运行时多态(虚函数) 为了支持动态绑定,可以在基类中声明虚拟函数,让派生类提供自己的实现方式。当通过基类指针或引用调用该函数时,实际执行的是对应于当前实例的具体版本[^3]。 以下是从引用材料改编的一个综合案例[^5]: ```cpp #include <iostream> using namespace std; // 基类 class Shape { public: virtual double area() const = 0; // 纯虚函数 virtual ~Shape() {} // 需要显式销毁资源时应定义虚析构函数 }; // 圆形类 class Circle : public Shape { private: double radius; public: Circle(double r) : radius(r) {} double area() const override { // 提供具体的面积计算逻辑 return 3.14159 * radius * radius; } }; // 矩形类 class Rectangle : public Shape { private: double width, height; public: Rectangle(double w, double h) : width(w), height(h) {} double area() const override { return width * height; } }; int main() { Shape* shapes[] = {new Circle(7), new Rectangle(4, 6)}; for(auto s : shapes){ cout << "Area of the shape is: " << s->area() << endl; } // 清理内存 for(auto s : shapes){ delete s; } } ``` 上述代码展示了如何利用虚函数实现多态行为。无论创建何种形状的对象,只要通过统一的基类指针即可透明地获取各自的实际区域大小。 ---
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