C++编程进阶：面向对象编程和模板

# 第一章：C 语言面向对象编程概述

## 1.1 什么是面向对象编程

面向对象编程（Object-Oriented Programming，简称 OOP）是一种程序设计思想和方法。它将程序中的数据和操作数据的函数（方法）进行封装，通过创建对象的方式来实现程序的组织和模块化。面向对象编程的基本特点包括封装、继承和多态。

## 1.2 面向对象编程与结构化编程的比较

面向对象编程与结构化编程是两种不同的编程范式。在结构化编程中，程序主要由函数和过程组成，通过控制结构（顺序、条件和循环）来实现程序的逻辑。而面向对象编程则强调数据和方法的封装，通过对象之间的交互来达到程序的目的。

相比于结构化编程，面向对象编程具有以下优点：
- 更好的封装性：将数据和操作数据的方法封装在对象中，提高了代码的可重用性和维护性。
- 更好的扩展性：通过继承和多态的机制，可以方便地对现有类进行扩展和修改。
- 更好的模块化：将程序按照对象的方式进行组织，更符合现实世界的问题描述和解决思路。

## 1.3 C 语言中的面向对象编程特点

虽然 C 语言本身并不是一种面向对象编程语言，但是可以使用一些特定的技巧和设计模式，实现一些面向对象编程的特点。

在 C 语言中，可以通过结构体和函数指针来模拟类和对象的概念。结构体可以用来封装数据，函数指针可以用来封装操作数据的方法。通过将结构体和函数指针组合起来，可以实现一些面向对象编程的特性，如封装、继承和多态。

### 第二章：C 类与对象

在这一章中，我们将深入了解C语言中的类与对象。首先，我们会介绍C中的类与对象的概念，然后探讨类的声明与定义，接着介绍对象的创建与使用，最后讨论封装、继承和多态在C语言中的实现。

#### 2.1 C 中的类与对象概述

在面向对象编程中，类是对现实世界中事物的抽象，是一种数据结构，包含了数据成员和成员函数。而对象则是类的具体实例，每个对象都有一组独立的数据成员和成员函数。

在C语言中，没有直接的类与对象的概念，但我们可以通过结构体和函数指针来模拟类和对象的特性。

#### 2.2 类的声明与定义

在C语言中，我们可以使用结构体来声明和定义类。结构体可以包含数据成员和成员函数指针。

下面是一个简单的示例：

typedef struct {
  int age;
  char name[20];
  void (*speak)(void);
} Person;

void speakFunc(void) {
  printf("Hello, I'm speaking!\n");
}

int main() {
  Person p;
  p.age = 20;
  strcpy(p.name, "John");
  p.speak = speakFunc;

  printf("%s is %d years old.\n", p.name, p.age);
  p.speak();

  return 0;
}

在上述代码中，我们定义了一个名为`Person`的结构体，在结构体中有`age`和`name`两个数据成员，以及一个成员函数指针`speak`。我们还定义了一个`speakFunc`函数，用于输出人物的自我介绍。

在`main`函数中，我们创建了一个`Person`类型的对象`p`，并给对象的数据成员赋值。最后，我们通过成员函数指针`speak`调用了`speakFunc`函数，并打印出了人物的信息。

#### 2.3 对象的创建与使用

在C语言中，我们可以通过结构体来创建对象，然后使用对象的成员来进行操作。

例如，我们定义了一个`Circle`结构体，表示一个圆：

typedef struct {
  float radius;
  void (*calculateArea)(float radius);
} Circle;

void calculateArea(float radius) {
   printf("The area of the circle is: %.2f\n", 3.14 * radius * radius);
}

int main() {
  Circle c;
  c.radius = 5.0;
  c.calculateArea = calculateArea;

  c.calculateArea(c.radius);

  return 0;
}

在上述代码中，我们创建了一个`Circle`类型的对象`c`，并给对象的数据成员`radius`赋值。然后，我们通过对象的成员函数指针`calculateArea`调用了`calculateArea`函数，并传入了圆的半径，计算并输出了圆的面积。

#### 2.4 封装、继承和多态

封装、继承和多态是面向对象编程的三大特性。虽然C语言本身不直接支持这些特性，但我们