C++面向對象編程實例分析

C++面向對象編程實例分析

引言

C++是一種廣泛使用的編程語言，其強大的面向對象編程（OOP）特性使其成為開發復雜系統的理想選擇。面向對象編程的核心思想是將數據和操作數據的方法封裝在一起，形成“對象”。本文將通過一個具體的實例，詳細分析C++中的面向對象編程技術。

實例背景

假設我們要開發一個簡單的圖書館管理系統。該系統需要管理圖書、讀者以及借閱記錄。為了實現這一目標，我們將使用C++的面向對象編程特性來設計相關的類和方法。

類設計

1. Book 類

Book 類用于表示圖書館中的一本書。它包含以下屬性：

• title：書名
• author：作者
• ISBN：國際標準書號
• isAvailable：是否可借閱

class Book {
private:
    std::string title;
    std::string author;
    std::string ISBN;
    bool isAvailable;

public:
    Book(std::string title, std::string author, std::string ISBN)
        : title(title), author(author), ISBN(ISBN), isAvailable(true) {}

    std::string getTitle() const { return title; }
    std::string getAuthor() const { return author; }
    std::string getISBN() const { return ISBN; }
    bool getIsAvailable() const { return isAvailable; }

    void setAvailable(bool available) { isAvailable = available; }
};

2. Reader 類

Reader 類用于表示圖書館的讀者。它包含以下屬性：

• name：讀者姓名
• ID：讀者ID
• borrowedBooks：借閱的書籍列表

#include <vector>

class Reader {
private:
    std::string name;
    std::string ID;
    std::vector<Book*> borrowedBooks;

public:
    Reader(std::string name, std::string ID)
        : name(name), ID(ID) {}

    std::string getName() const { return name; }
    std::string getID() const { return ID; }

    void borrowBook(Book* book) {
        if (book->getIsAvailable()) {
            borrowedBooks.push_back(book);
            book->setAvailable(false);
        }
    }

    void returnBook(Book* book) {
        for (auto it = borrowedBooks.begin(); it != borrowedBooks.end(); ++it) {
            if (*it == book) {
                borrowedBooks.erase(it);
                book->setAvailable(true);
                break;
            }
        }
    }

    void listBorrowedBooks() const {
        for (const auto& book : borrowedBooks) {
            std::cout << book->getTitle() << " by " << book->getAuthor() << std::endl;
        }
    }
};

3. Library 類

Library 類用于管理圖書館中的所有書籍和讀者。它包含以下屬性：

• books：圖書館中的書籍列表
• readers：圖書館中的讀者列表

class Library {
private:
    std::vector<Book*> books;
    std::vector<Reader*> readers;

public:
    void addBook(Book* book) {
        books.push_back(book);
    }

    void addReader(Reader* reader) {
        readers.push_back(reader);
    }

    Book* findBookByISBN(const std::string& ISBN) {
        for (auto& book : books) {
            if (book->getISBN() == ISBN) {
                return book;
            }
        }
        return nullptr;
    }

    Reader* findReaderByID(const std::string& ID) {
        for (auto& reader : readers) {
            if (reader->getID() == ID) {
                return reader;
            }
        }
        return nullptr;
    }

    void listAllBooks() const {
        for (const auto& book : books) {
            std::cout << book->getTitle() << " by " << book->getAuthor() << " (ISBN: " << book->getISBN() << ")" << std::endl;
        }
    }

    void listAllReaders() const {
        for (const auto& reader : readers) {
            std::cout << reader->getName() << " (ID: " << reader->getID() << ")" << std::endl;
        }
    }
};

實例分析

1. 封裝

在上述代碼中，我們通過將數據成員聲明為private，并提供了公共的getter和setter方法來實現封裝。這樣，外部代碼無法直接訪問或修改對象的內部狀態，只能通過定義好的接口進行操作。

2. 繼承

雖然在這個簡單的實例中沒有使用繼承，但在更復雜的系統中，繼承是一個非常有用的特性。例如，我們可以創建一個EBook類，繼承自Book類，并添加一些電子書特有的屬性和方法。

class EBook : public Book {
private:
    std::string format;

public:
    EBook(std::string title, std::string author, std::string ISBN, std::string format)
        : Book(title, author, ISBN), format(format) {}

    std::string getFormat() const { return format; }
};

3. 多態

多態允許我們通過基類的指針或引用來調用派生類的函數。在這個實例中，我們可以通過Book類的指針來調用EBook類的方法。

void printBookInfo(const Book* book) {
    std::cout << "Title: " << book->getTitle() << ", Author: " << book->getAuthor() << std::endl;
    if (const EBook* ebook = dynamic_cast<const EBook*>(book)) {
        std::cout << "Format: " << ebook->getFormat() << std::endl;
    }
}

4. 組合

Library類通過組合Book和Reader類的對象來實現對圖書館的管理。這種組合關系使得Library類可以輕松地管理多個書籍和讀者。

結論

通過這個簡單的圖書館管理系統實例，我們展示了C++面向對象編程的核心概念：封裝、繼承、多態和組合。這些特性使得C++成為一個強大且靈活的編程語言，適用于開發各種復雜的軟件系統。希望本文能幫助讀者更好地理解和應用C++的面向對象編程技術。