C++类和对象（中）【下篇】

在C++中，类和对象是面向对象编程的核心概念。它们帮助我们通过封装数据和功能来建模现实世界中的事物。在上篇中，我们探讨了类的基本概念、成员函数以及构造函数等基本语法。在这一篇中，我们将继续深入探讨更多与C++类和对象相关的进阶概念，例如继承、多态以及友元类等内容。

继承

继承是面向对象编程的重要特性，它允许我们创建一个新类，该新类继承已有类的属性和方法，从而增强了代码的复用性。例如，我们可以创建一个基类动物，然后创建一个派生类狗，使其具备动物类的属性和行为，同时又可以添加特有的属性和行为。

#include <iostream>
#include <string>

class Animal {
public:
    Animal(const std::string& name) : name(name) {}

    void speak() {
        std::cout << name << " is making a sound." << std::endl;
    }

protected:
    std::string name;
};

class Dog : public Animal {
public:
    Dog(const std::string& name) : Animal(name) {}

    void speak() {
        std::cout << name << " barks!" << std::endl;
    }
};

int main() {
    Dog myDog("Buddy");
    myDog.speak(); // 输出: Buddy barks!

    return 0;
}

在上面的代码中，Dog类继承自Animal类，因此Dog类可以访问Animal类的属性和方法。此时，Dog类重写了speak方法，提供了其特有的行为。

多态

多态是指同一操作作用于不同的对象时，可以产生不同的效果。在C++中，多态主要通过虚函数来实现。我们可以在基类中声明一个虚函数，然后在派生类中重写该函数，以实现不同的功能。

class Animal {
public:
    virtual void speak() {
        std::cout << "Animal is making a sound." << std::endl;
    }
};

class Dog : public Animal {
public:
    void speak() override {
        std::cout << "Dog barks!" << std::endl;
    }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void speak() override {
        std::cout << "Cat meows!" << std::endl;
    }
};

void makeSound(Animal& animal) {
    animal.speak();
}

int main() {
    Dog dog;
    Cat cat;

    makeSound(dog); // 输出: Dog barks!
    makeSound(cat); // 输出: Cat meows!

    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个函数makeSound，它接受一个Animal类的引用。通过传入不同的派生类对象，我们能够实现不同的行为，这就是多态的魅力所在。

友元类和友元函数

友元类和友元函数可以访问另一个类的私有成员和保护成员。这在某些情况下非常有用，尤其是在需要两个类相互配合的场景中。

class Box {
private:
    double width;
public:
    Box(double w) : width(w) {}

    friend class BoxPrinter; // BoxPrinter是Box的友元类
};

class BoxPrinter {
public:
    void printWidth(Box box) {
        std::cout << "Box width: " << box.width << std::endl;
    }
};

int main() {
    Box box(10.0);
    BoxPrinter printer;
    printer.printWidth(box); // 输出: Box width: 10

    return 0;
}

在这个示例中，BoxPrinter类是Box类的友元类，因此它可以访问Box类的私有成员width。这样可以在不破坏封装性的前提下，让另一个类访问私有数据。

总结

C++中的类和对象提供了一种强大的建模方式，使程序员能够以更加自然的方式组织代码。我们通过继承与多态实现了代码的复用性和灵活性。同时，友元机制则为不同类之间的合作提供了便利。掌握这些特性是学习并深入理解C++的关键。希望这些例子能够帮助你更好地理解C++中类和对象的用法。