1. 概述

现代C++与最原始的版本已经差不多是两种不同的语言了。不断发展的C++标准给C++这门语言带来了更多的范式和特性,也造就了其非常的难度。但是从个人的体会而言,如此之多的特性没有必要一项项去硬学,很多的特性没有实际使用过,体会就不会很深。反而在学了C#,Java,JavaScript这些语言并在实际使用过之后,反而愈发理解了这些语言的编程思想。

现代C++至少有4种编程范式:面向过程、面向对象、泛型和函数式。其中面向对象是最经典的编程思想,最初的时候使用C++的面向对象,总是用成了"C With Class"风格。但是其实在Cpp11之后面向对象有一整套独特的设计,体现了C++"零成本抽象(zero overhead abstraction)"的设计哲学。

2. 详论

2.1. 类与对象

任何编程语言都有数据类型的概念,如整型、浮点型等。但是很快,有时候我们发现,全部是单个的数据类型不利于管理,所以有个自定义数据类型。例如,我想定义一个图像类型:

struct ImageEx
{
int imgWidth;
int imgHeight;
int bandCount;
};

struct最开始是C语言的定义,也就是结构体。通过这个简单的图像类型结构体,管理了图像宽、高以及波段三个参数。通过struct虽然让编程中有了一定对现实事物的抽象能力,但是这个能力是不足的。主要是缺少像函数一样的“行为”能力。而在C++中,对struct做了扩充,我们在其中加入函数来表达行为(这里通过函数DoWork()表达对图像的某种处理):

struct ImageEx
{
int imgWidth;
int imgHeight;
int bandCount; void DoWork()
{ }
};

像这样,把数据(属性)和函数(方法)合成的自定义数据结构,就是类,其具体的实例就是对象,以对象最为程序设计的基本单位就是面向对象编程。它表达了对客观事物的抽象,更接近于人的自然认知。

更多的情况下,C++的类采用class关键字。class和struct的区别在于,class定义类的数据成员和成员函数默认的访问权限是public:公有的,能被外部访问;而struct则是private:私有的,不能被外部访问。当然,我们最好明确访问权限:

class ImageEx
{
public:
void DoWork()
{ } private:
int imgWidth;
int imgHeight;
int bandCount;
};

增加访问权限控制的好处是进一步加强了类的封装性。对于任何一个类对象,用户肯定更关心其行为方法,而不是其内部属性部据。因此,通常一个比较好的实现是:方法在前,设为public,数据在后,设为private。

进一步的,如果在公有的成员函数很复杂,需要通过调用其他成员函数DoSomething()来实现,那么这个DoSomething()函数定义成公有还是私有的呢?通常来讲,可以定义成私有:

class ImageEx
{
public:
void DoWork()
{
DoSomething();
} private:
void DoSomething()
{ } int imgWidth;
int imgHeight;
int bandCount;
};

这样,通过数据抽象和封装,实现了接口与实现的分离。可以认为类的接口是类的公有成员函数,而类的数据成员、接口实现的函数体、类的私有成员函数是类的实现。类的设计者负责类的具体实现过程,类的用户则只需要抽象的思考类做了什么,无需了解类型的工作细节。

2.2. 数据类型

在以前经典的编程学习中,会逐渐从数据类型、表达式、语句、函数,最后才会学到类,接触面向对象的思想。而在现代以面向对象为基础的编程语言(C#、Java、JavaScript)来说:

  1. 类是抽象的自定义数据类型,只不过这个数据类型有自己的属性和方法,以及一系列表达抽象对象的特性。
  2. 语言内置的数据类型也可以认为是一种类,事物对象抽象到极致,就是基本的数据类型。

在C#/Java这样的高级编程语言中,你可以在基本类型中调用其方法;而JavaScript甚至更进一步,弱化了类型这个概念,所有的类型都是隐式的。C++具备像这样的高级抽象能力,但是也兼容C语言那种低级的基础数据类型(short、int、long、char、float、double)。这也正体现了C++的多范式编程的特点:如何看待数据类型和类,取决于你采用面向对象的编程思想还是面向过程式的编程思想。

3. 目录

  1. 面向对象编程(C++篇1)——引言
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