剖析C++的面向对象编程思想

面向对象的程序设计
面向对象编程(Object Oriented Programming，OOP，面向对象程序设计) 的主要思想是把构成问题的各个事务分解成各个对象，建立对象的目的不是为了完成一个步骤，而是为了描叙一个事物在整个解决问题的步骤中的行为。

面向过程就是分析出解决问题所需要的步骤，然后用函数逐步实现，再依次调用就可以了。

面向对象和面向过程是两种不同的编程思想，没有哪一种绝对完美，要根据具体需求拟定开发方案。例如，开发一个小型软件或应用程序，工程量小，短时间内即可完成，完全可以采用面向过程的开发方式，使用面向对象，反而会增加代码量，降低开发效率。

面向过程的编程语言（如C语言）不能创建类和对象，不能用面向对象的思想来开发程序；面向对象的编程语言（如C++、PHP等）保留了面向过程的关键字和语句，仍然可以采用面向过程的思想来开发程序。

面向对象是面向过程的补充和完善。

注意，不要“死磕”概念上的理解，很多有经验的程序员甚至都不能完全解释清楚面向对象和面向过程的区别，要重在实践，不断揣摩编程语言的思想。
类和对象的基本概念

为了方便说明，我们将从现实生活中的实例入手。

我们知道，工业上使用的铸件（电饭锅内胆、汽车地盘、发动机机身等）都是由模子铸造出来的，一个模子可以铸造出很多相同的铸件，不用的模子可以铸造出不同的铸件。这里的模子就是我们所说的“类”，铸件就是我们所说的“对象”。

类，是创建对象的模板，一个类可以创建多个相同的对象；对象，是类的实例，是按照类的规则创建的。
属性和方法

由模子铸造出来的铸件（对象），有很多参数（长度、宽度、高度等），能完成不同的操作（煮饭、承重、保护内部零件等）。这里的参数就是对象的“属性”，完成的操作就是对象的“方法”。

属性是一个变量，用来表示一个对象的特征，如颜色、大小、重量等；方法是一个函数，用来表示对象的操作，如奔跑、呼吸、跳跃等。

对象的属性和方法统称为对象的成员。
类的继承

一个类（子类）可以继承另一个类（父类）的特征，如同儿子继承父亲的DNA、性格和财产。

子类可以继承父类的全部特征，也可以继承一部分，由程序灵活控制。

C++面向对象程序设计举例
这里我们将通过几个简单的例子来演示如何站在面向对象的角度设计程序，以及使用类的好处。

【例】最简单的例子。

#include <iostream>
using namespace std;
class Time //定义Time类
{
public : //数据成员为公用的
  int hour;
  int minute;
  int sec;
};
int main( )
{
  Time t1;//定义t1为Time类对象
  cin>>t1.hour;//输入设定的时间
  cin>>t1.minute;
  cin>>t1.sec;
  //输出时间:
  cout<<t1.hour<<":"<<t1.minute<<":"<<t1.sec<<endl;
  return 0;
}

运行情况如下：

1232 43↙
12:32:43

几点注意：
1) 在引用数据成员hour，minute，sec时不要忘记在前面指定对象名。

2) 不要错写为类名，如写成
 Time.hour,Time.minute,Time.sec
是不对的。因为类是一种抽象的数据类型，并不是一个实体，也不占存储空间，而对象是实际存在的实体，是占存储空间的，其数据成员是有值的，可以被引用的。

3) 如果删去主函数的3个输入语句，即不向这些数据成员赋值，则它们的值是不可预知的。

【例】引用多个对象的成员。

1） 程序(a)

#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
public :
  int hour;
  int minute;
  int sec;
};
int main( )
{
  Time t1;//定义对象t1
  cin>>t1.hour;//向t1的数据成员输入数据
  cin>>t1.minute;
  cin>>t1.sec;
  cout<<t1.hour<<":"<<t1.minute<<":"<<t1.sec<<endl;//输出t1中数据成员的值
  Time t2;//定义对象t2
  cin>>t2.hour;//向t2的数据成员输入数据
  cin>>t2.minute;
  cin>>t2.sec;
  cout<<t2.hour<<":"<<t2.minute<<":"<<t2.sec<<endl;//输出t2中数据成员的值
  return 0;
}

运行情况如下：

1032 43↙
10:32:43
22 32 43↙
22:32:43

程序是清晰易懂的，但是在主函数中对不同的对象一一写出有关操作，会使程序冗长。为了解决这个问题，可以使用函数来进行输入和输出。见程序(b)。

2） 程序(b)

#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
public :
  int hour;
  int minute;
  int sec;
};
int main( )
{
  void set_time(Time&);//函数声明
  void show_time(Time&);//函数声明
  Time t1;//定义t1为Time类对象
  set_time(t1);//调用set_time函数，向t1对象中的数据成员输入数据
  show_time(t1);//调用show_time函数，输出t1对象中的数据
  Time t2;//定义t2为Time类对象
  set_time(t2);//调用set_time函数，向t2对象中的数据成员输入数据
  show_time(t2);//调用show_time函数，输出t2对象中的数据
  return 0;
}
void set_time(Time& t) //定义函数set_time，形参t是引用变量
{
  cin>>t.hour;//输入设定的时间
  cin>>t.minute;
  cin>>t.sec;
}
void show_time(Time& t) //定义函数show_time，形参t是引用变量
{
  cout<<t.hour<<":"<<t.minute<<":"<<t.sec<<endl;//输出对象中的数据
}

运行情况与程序(a)相同。

3) 程序(c)
可以对上面的程序作一些修改，数据成员的值不再由键盘输入，而在调用函数时由实参给出，并在函数中使用默认参数。将程序(b)第8行以下部分改为：

int main( )
{
  void set_time(Time&,int hour=0,int minute=0,int sec=0);//函数声明
  void show_time(Time&);//函数声明
  Time t1;
  set_time(t1,12,23,34);//通过实参传递时、分、秒的值
  show_time(t1);
  Time t2;
  set_time(t2);//使用默认的时、分、秒的值
  show_time(t2);
  return 0;
}
void set_time(Time& t,int hour,int minute,int sec)
{
  t.hour=hour;
  t.minute=minute;
  t.sec=sec;
}
void show_time(Time& t)
{
  cout<<t.hour<<":"<<t.minute<<":"<<t.sec<<endl;
}

程序运行时的输出为：

12:23:34 (t1中的时、分、秒)
0:0:0 (t2中的时、分、秒)

以上两个程序中定义的类都只有数据成员，没有成员函数，这显然没有体现出使用类的优越性。在下面的例子中，类体中就包含了成员函数。

【例】改用含成员函数的类来处理。

#include <iostream>
using namespace std;
class Time
{
public :
  void set_time( );//公用成员函数
  void show_time( );//公用成员函数
private : //数据成员为私有
  int hour;
  int minute;
  int sec;
};
int main( )
{
  Time t1;//定义对象t1
  t1.set_time( );//调用对象t1的成员函数set_time，向t1的数据成员输入数据
  t1.show_time( );//调用对象t1的成员函数show_time，输出t1的数据成员的值
  Time t2;//定义对象t2
  t2.set_time( );//调用对象t2的成员函数set_time，向t2的数据成员输入数据
  t2.show_time( );//调用对象t2的成员函数show_time，输出t2的数据成员的值
  return 0;
}
void Time::set_time( ) //在类外定义set_time函数
{
  cin>>hour;
  cin>>minute;
  cin>>sec;
}
void Time::show_time( ) //在类外定义show_time函数
{
  cout<< hour<<":"<< minute<<":"<< sec<< endl;
}

运行情况与例8.2中的程序(a)相同。

几点注意：
在主函数中调用两个成员函数时，应指明对象名(t1,t2)。表示调用的是哪一个对象的成员函数。
在类外定义函数时，应指明函数的作用域(如void Time∷set_time( ))。在成员函数引用本对象的数据成员时，只需直接写数据成员名，这时C++系统会把它默认为本对象的数据成员。也可以显式地写出类名并使用域运算符。
应注意区分什么场合用域运算符“∷”，什么场合用成员运算符“.”，不要搞混。

【例】找出一个整型数组中的元素的最大值。这个问题可以不用类的方法来解决，现在用类来处理，读者可以比较不同方法的特点。

#include <iostream>
using namespace std;
class Array_max //声明类
{
public : //以下3行为成员函数原型声明
  void set_value( ); //对数组元素设置值
  void max_value( ); //找出数组中的最大元素
  void show_value( ); //输出最大值
private :
  int array[10]; //整型数组
  int max; //max用来存放最大值
};
void Array_max::set_value( ) //成员函数定义，向数组元素输入数值
{
  int i;
  for (i=0;i<10;i++)
   cin>> array[i];
}
void Array_max::max_value( ) //成员函数定义，找数组元素中的最大值
{
  int i;
  max=array[0];
  for (i=1;i<10;i++)
   if(array[i]> max) max=array[i];
}
void Array_max::show_value( ) //成员函数定义，输出最大值
{
  cout<< "max="<< max;
}
int main( )
{
  Array_max arrmax; //定义对象arrmax
  arrmax.set_value( ); //调用arrmax的set_value函数，向数组元素输入数值
  arrmax.max_value( ); //调用arrmax的max_value函数，找出数组元素中的最大值
  arrmax.show_value( ); //调用arrmax的show_value函数，输出数组元素中的最大值
  return 0;
}

运行结果如下：

12 12 39 -34 17 134 045 -91 76↙ (输入10个元素的值)
max=134 (输入10个元素中的最大值)

请注意成员函数定义与调用成员函数的关系，定义成员函数只是设计了一组操作代码，并未实际执行，只有在被调用时才真正地执行这一组操作。

可以看出： 主函数很简单，语句很少，只是调用有关对象的成员函数，去完成相应的操作。在大多数情况下，主函数中甚至不出现控制结构(判断结构和循环结构)，而在成员函数中使用控制结构。在面向对象的程序设计中，最关键的工作是类的设计。所有的数据和对数据的操作都体现在类中。只要把类定义好，编写程序的工作就显得很简单了。