C++ 初学者指南 第一篇（3）

必备技能1.3：面向对象的编程

C++的中心是围绕着面向对象的编程。正如前面介绍的那样，面向对象的编程是促进C++产生的主要因素。正是因为这一点，在学习编写简单的C++程序之前，理解面向对象编程的基本思想是非常重要的。

面向对象的编程很好地利用了结构化编程的思想，并增加了一些新的概念，能够更好地组织程序。通常情况下，有两种方式来组织程序：以代码为中心或者以数据为中心。通过结构化的编程技术，程序通常是以代码为中心来组织的。这种方法可以被认为是“代码作用于数据”。

面向对象的编程则是以数据为中心。程序以数据为中心进行组织，主要的原则就是“数据控制代码”。在面向对象的语言中，我们定义数据和允许作用于这些数据的例行程序段。因此，数据的类型明确定义了可以作用在这些数据上的操作。

为了支持面向对象编程的原则，所有的面向对象语言，包括C++，都有三个显著的特点：封装，多态和继承。让我们一个一个来学习。

封装

封装是一种编程机制，它把数据和处理数据的代码捆绑在一起，这可以防止外部程序错误地访问数据和代码。在面向对象的语言中，数据和代码可以通过黑盒子的方式绑定起来，盒子内部是全部必要的数据和代码。当数据和代码以这种方式绑定的时候，此时我们就创建了一个对象。换句话说，一个对象就是支持封装的设备。

专家答疑

问：

我听说过子程序段的学名为方法，那么方法和函数是同一回事情吗？

答：

通常来说，是的。方法在Java里面使用很广泛。C++则中叫做函数，Java中则被称作方法。C#程序员同样使用方法这个术语。因为它已经广泛地被采用了，所以有时候在C++里面，函数有时候也被称作方法。

对于一个对象来说，代码或者数据或者两者都有可能是私有的或者公有的。私有的代码或者数据只能是该对象的其它部分可以访问和感知的。也就是说，私有的代码和或者数据是不能被对象之外的程序段访问的。当代码或者数据是公有的，虽然它是被定义在对象中的，但是程序的其它部分都是可以访问它的。通常情况下，对象的公有部分是用来提供对对象私有元素的可控的访问接口的。

C++中最基本的封装单元就是类。一个类定义了对象的通用形式。它同时定义了数据和作用于这些数据的代码。C++使用类来构建对象。对象是类的实例。因此，一个类实际上是构建对象的工厂。

类中的数据和代码称为类的成员。更详细一点来说，成员变量，也叫做实例变量，是类定义的数据。成员函数是作用于这些数据的操作。函数在C++中是针对子程序的术语。

多态

多态，字面意思就是多种形态的意思。它是一种机制，可以允许一个接口来访问类的通用动作。一个简单的多态性的例子就是汽车的方向盘。方向盘（接口）都是一样的，不管实际中使用了怎样的转向机制。也就是说，不管你的汽车使用的是手工的转向盘，还是动力的转向盘，或者是齿轮转向盘，方向盘的工作效果都是一样的：就是把方向盘往左转，车就会左转，不管使用的是什么样子的转向盘。这种统一接口的好处就是一旦我们知道了如何掌控方向盘，我们就可以开什么类型的车。

同样的原理也可以应用在编程上。比如，考虑一个栈，程序可能需要针对三种不同数据类型的栈。一个是针对整型数的，一个是针对浮点型数据的，一个是针对字符的。在这种情况下，栈的实现算法是一致的，只是存储的数据类型是不一样的。在非面向对象的语言中，我们必须创建三个不同的栈的程序，每一个都是用不同的名字。然而，在C++，通过多态，我们就可以创建一个通用的栈，三种不同的数据类型都可以存储。这样，一旦知道了栈是如何使用的，我们就等于知道了三种不同数据类型的栈的用法。

通常，多态的概念经常被表述如下：一个接口，多种方法。意思是说可以通过对一组相关的活动定义一个通用的接口。多态性通过一个接口来阐明动作的通用性，可以帮助我们减少程序的复杂性。编译器针对应用的情况来选择具体应该是那个动作（方法）。程序员不必手工来做这种选择。我们只需要记住并使用这个通用的接口就可以了。

继承

继承是一个对象可以获取到另外一个对象的属性的过程。继承非常重要，因为它支持了层次化的分类。仔细想想，大多数的知识都是通过层次化的分类来管理的。例如：红色的甜苹果是属于苹果分类的，而苹果分类又是水果分类的一种，水果又是一个更大的类：食物的一种。也就是说，食物有一些特质，比如可以食用，有营养等等，逻辑上来说它的子类水果也是有的。除了这些特质，水果还有特殊的特质，比如多汁，香甜等等，正是这些特质使得水果和其它的食物有所区分。苹果类定义了苹果特有的特质，比如生长在树上，非热带的等等。一个红色香甜的苹果应该继承了它的父类的所有特质，同时也定义了一些使得它和别的苹果区分开来的特质。

如果没有层次化的分类，每一个对象都必须显示地定义自己的所有特性。通过使用继承，一个对象只需要定义那些使得它在整个类中显得独特的那些特质。它可以从父类那里继承所有通用的特质。因此正是继承机制使得一个对象成为一个通用类的实例成为可能。

专家答疑

问：

文中说到面向对象的编程是一种有效的进行大程序管理的方法。但是面向对象的编程似乎会增加相对小程序的开销。就C++而言，这点是真是假？

答：

假。理解C++的关键一点是使用C++可以编写面向对象的程序，但是并不是说必须写面向对象的程序。这一点是C++和Java、C#的一个很重要的不同点。Java和C#采用严格的对象模型，所以每个程序，不管其多小，都是面向对象的。C++也提供了该选项。更重要的是，在运行的时候，C++的面向对象特性是透明的，因此，如果存在的话，增加的开销也是很少的。

练习：

1. 说出面向对象编程的原则。

2. C++中，封装的最基本的单元是什么？

3. C++中，子程序通常被称作什么？

答案：

1. 封装，多态和继承是面向对象编程的原则。

2. C++中类是封装的基本单元。

3. C++中，子程序通常被成为函数。