C++ 類別（Class）基礎與應用

2025年7月9日📖39 分鐘閱讀

#C++#進階#Class#類別

本文介紹 C++ 類別的概念，包括宣告、成員存取控制、物件、建構元、靜態成員、友誼函數及物件陣列的應用。

目錄22 項

C++ 類別（Class）

概念

類別（class）是結構（struct）的延伸，可儲存不同資料型態的成員，並新增成員函數，支援物件導向程式設計。類別包含：

資料成員：儲存物件的屬性。
成員函數：定義物件的行為。

與結構的差異：

結構預設成員為公用（public），類別預設為私有（private）。
結構用於簡單資料聚合，類別支援複雜行為與封裝。

宣告

語法：

class 類別名稱 {
public:
    資料型態 變數名稱;
    回傳值型態 函數名稱(型態1 引數1, 型態2 引數2) {
        return 運算式;
    }
private:
    // 私有資料成員或函數
};

範例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
public:
    string color;
    string brand;
    void show_color() {
        cout << color << endl;
    }
private:
    int price;
};

特色

1. 成員存取控制

public：成員可於類別內外存取。
private：成員僅限類別內存取（預設）。
比較：

公有成員私有成員

類別內存取 ✓ ✓

類別外存取 ✓ ✗

	公有成員	私有成員
類別內存取	✓	✓
類別外存取	✓	✗

私有成員的重要性：

封裝與抽象：隱藏內部細節，提供簡潔接口。
資料隱藏與安全：防止外部直接修改。
程式重用與維護性：降低耦合，方便修改。
存取控制：精確管理存取權限。

範例：

#include <iostream>
using namespace std;

class CWin {
private:
    char id;
    int width, height;
public:
    int area() {
        return width * height;
    }
    void set_member(char c, int w, int h) {
        id = c;
        width = w;
        height = h;
    }
};

int main() {
    CWin win1;
    win1.set_member('A', 10, 10);
    cout << "Area: " << win1.area() << endl;
    return 0;
}

輸出：

Area: 100

2. 實例變數

每個物件的資料成員獨立，稱為實例變數。

3. 物件（Object）

定義：物件是類別的實例，包含屬性與行為。
圖示：類別與物件關係（來源：https://nonlineardata.com/wp-content/uploads/2020/11/Car_Class.png）

宣告物件：

Car car1;
Car car1, car2;

範例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
public:
    string color;
    string brand;
};

int main() {
    Car car1;
    car1.color = "red";
    car1.brand = "Toyota";
    cout << car1.brand << ": " << car1.color << endl;
    return 0;
}

輸出：

Toyota: red

練習：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
public:
    string color;
    string brand;
};

int main() {
    Car toyota, honda, ford;
    toyota.color = "green";
    toyota.brand = "Toyota";
    honda.color = "blue";
    honda.brand = "Honda";
    ford.color = "black";
    ford.brand = "Ford";
    cout << toyota.brand << ": " << toyota.color << endl;
    cout << honda.brand << ": " << honda.color << endl;
    cout << ford.brand << ": " << ford.color << endl;
    return 0;
}

輸出：

Toyota: green
Honda: blue
Ford: black

注意：

不同類別的物件可同名，區分方式是存入容器（如 vector<Car>）。
類別名稱首字母通常大寫。

類別成員

1. 資料成員

直接存取：類別內可直接使用資料成員名稱。
使用 this：指向當前物件，區分成員與參數。

範例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
public:
    string color;
    string brand;
    void show_color() {
        cout << this->color << endl;
    }
    void set_data(string color) {
        this->color = color;
    }
};

int main() {
    Car car1;
    car1.set_data("red");
    car1.show_color();
    return 0;
}

輸出：

red

2. 成員函數

類別內定義：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
public:
    string color;
    string brand;
    void show_color() {
        cout << color << endl;
    }
};

int main() {
    Car car1;
    car1.color = "blue";
    car1.show_color();
    return 0;
}

輸出：

blue

類別外定義：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
public:
    string color;
    string brand;
    void show_color();
};

void Car::show_color() {
    cout << color << endl;
}

int main() {
    Car car1;
    car1.color = "blue";
    car1.show_color();
    return 0;
}

輸出：

blue

練習：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Rabbit {
public:
    string name;
    int age;
    int weight;
    void show_info() {
        cout << "Rabbit " << this->name << " is " << this->age << " years old" << endl;
    }
};

int main() {
    Rabbit r1;
    r1.name = "bunny";
    r1.age = 1;
    r1.weight = 0.5;
    r1.show_info();
    return 0;
}

輸出：

Rabbit bunny is 1 years old

函數多載：

#include <iostream>
using namespace std;

class MathUtils {
public:
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }
    double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }
};

int main() {
    MathUtils m;
    cout << m.add(1, 2) << endl;
    cout << m.add(3.14, 0.22) << endl;
    return 0;
}

輸出：

3
3.36

練習：設置物件：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Rabbit {
public:
    string name;
    int age;
    int weight;
    void show_info() {
        cout << "Rabbit " << name << " is " << age << " years old" << endl;
    }
    void set_data(string name, int age, int weight) {
        this->name = name;
        this->age = age;
        this->weight = weight;
    }
};

int main() {
    Rabbit r1;
    r1.set_data("bunny", 1, 0.5);
    r1.show_info();
    return 0;
}

輸出：

Rabbit bunny is 1 years old

練習：傳遞物件：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Rabbit {
public:
    string name;
    int age;
    int weight;
    void set_data(string name, int age, int weight) {
        this->name = name;
        this->age = age;
        this->weight = weight;
    }
};

void show_info(Rabbit r) {
    cout << "Rabbit " << r.name << " is " << r.age << " years old" << endl;
}

int main() {
    Rabbit r1;
    r1.set_data("bunny", 1, 0.5);
    show_info(r1);
    return 0;
}

輸出：

Rabbit bunny is 1 years old

友誼函數

定義：非類別成員，可存取私有成員。
宣告：
1. 類別內以 friend 宣告原型，類別外定義。
2. 類別內直接定義（可能為 inline）。

範例：

#include <iostream>
using namespace std;

class CWin {
private:
    char id;
    int width, height;
public:
    void set_member(char c, int w, int h) {
        id = c;
        width = w;
        height = h;
    }
    friend void show_member(CWin w);
};

void show_member(CWin w) {
    cout << "window " << w.id << ": width = " << w.width << ", height = " << w.height << endl;
}

int main() {
    CWin win1;
    win1.set_member('A', 10, 10);
    show_member(win1);
    return 0;
}

輸出：

window A: width = 10, height = 10

靜態成員

1. 靜態資料成員

特色：所有物件共享，屬於類別。
初始化：類別外使用 類別名稱::靜態成員名稱。

範例：

#include <iostream>
using namespace std;

class CWin {
private:
    char id;
    int width, height;
public:
    static int num;
    CWin(char i, int w, int h) : id(i), width(w), height(h) {
        num++;
    }
    CWin() {
        num++;
    }
};

int CWin::num = 0;

int main() {
    CWin win1('A', 50, 50);
    CWin win2('B', 40, 50);
    CWin win3('C', 50, 40);
    CWin my_win[4];
    cout << "Number of objects: " << CWin::num << endl;
    return 0;
}

輸出：

Number of objects: 7

練習：靜態成員函數：

#include <iostream>
using namespace std;

class CWin {
private:
    char id;
    int width, height;
    static int num;
public:
    CWin(char i, int w, int h) : id(i), width(w), height(h) {
        num++;
    }
    CWin() {
        num++;
    }
    static void count() {
        cout << "已經建構的物件數量：" << num << endl;
    }
};

int CWin::num = 0;

int main() {
    CWin win1('A', 50, 50);
    CWin::count();
    CWin win2('B', 40, 50);
    CWin win3('C', 50, 40);
    CWin my_win[4];
    CWin::count();
    return 0;
}

輸出：

已經建構的物件數量：1
已經建構的物件數量：7

建構元

1. 宣告

類別內：

class Car {
    Car(string s1, string s2) {
        // 實作
    }
};

類別外：

class Car {
    Car(string s1, string s2);
};
Car::Car(string s1, string s2) {
    // 實作
}

範例：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
private:
    string color;
    string brand;
public:
    Car(string s1, string s2) : color(s1), brand(s2) {}
    void show_color() {
        cout << color << endl;
    }
};

int main() {
    Car mazda("black", "Mazda");
    mazda.show_color();
    return 0;
}

輸出：

black

2. 特色

初始化物件。
物件創建時自動執行。

3. 建構元多載

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
private:
    string color;
    string brand;
    int price;
public:
    Car(string s1, string s2) : color(s1), brand(s2), price(50000) {}
    Car(string s1, string s2, int n) : color(s1), brand(s2), price(n) {}
    void show_color() {
        cout << color << endl;
    }
};

int main() {
    Car mazda("black", "Mazda");
    Car toyota("white", "Toyota", 1000000);
    mazda.show_color();
    toyota.show_color();
    return 0;
}

輸出：

black
white

4. 預設建構元

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
private:
    string color;
    string brand;
    int price;
public:
    Car(string s1, string s2) : color(s1), brand(s2), price(50000) {}
    Car(string s1, string s2, int n) : color(s1), branch(s2), price(n) {}
    Car() : color("white"), brand("none"), price(90000) {}
    void show_color() {
        cout << color << endl;
    }
};

int main() {
    Car mazda("black", "Mazda");
    Car toyota("white", "Toyota", 1000000);
    Car car3;
    car3.show_color();
    return 0;
}

輸出：

white

5. 建構元預設值

練習：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Car {
private:
    string color;
    string brand;
    int price;
public:
    Car(string c = "white", string b = "Toyota", int p = 300000) : color(c), brand(b), price(p) {}
    void show_color() {
        cout << color << endl;
    }
};

int main() {
    Car car1;
    Car car2("red");
    Car car3("blue", "Honda");
    car1.show_color();
    car2.show_color();
    car3.show_color();
    return 0;
}

輸出：

white
red
blue

6. 初始化串列

class CWin {
private:
    char id;
    int width, height;
public:
    CWin(char i = 'D', int w = 100, int h = 100) : id(i), width(w), height(h) {}
};

其他

1. 傳遞物件到函數

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Rabbit {
public:
    string name;
    int age;
};

void show_info(Rabbit r) {
    cout << "Rabbit " << r.name << " is " << r.age << " years old" << endl;
}

int main() {
    Rabbit r1;
    r1.name = "bunny";
    r1.age = 1;
    show_info(r1);
    return 0;
}

輸出：

Rabbit bunny is 1 years old

2. 物件陣列

練習：

#include <iostream>
using namespace std;

class CWin {
public:
    char id;
    int width, height;
    CWin(char i = 'D', int w = 100, int h = 100) : id(i), width(w), height(h) {}
    void show_area() {
        cout << width * height << endl;
    }
};

int main() {
    CWin win_arr[3];
    CWin win1('A', 50, 50);
    win1.show_area();
    win_arr[0].show_area();
    win_arr[0] = win1;
    win_arr[0].show_area();
    return 0;
}

輸出：

2500
10000
2500

練習：傳遞物件陣列：

#include <iostream>
using namespace std;

class CWin {
public:
    char id;
    int width, height;
    CWin(char i = 'D', int w = 100, int h = 100) : id(i), width(w), height(h) {}
};

void print_area(CWin win_arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        cout << "window " << win_arr[i].id << ": " << win_arr[i].width * win_arr[i].height << endl;
    }
}

int main() {
    CWin win_arr[3];
    CWin win1('A', 50, 50);
    print_area(win_arr, 3);
    return 0;
}

輸出：

window D: 10000
window D: 10000
window D: 10000