物件導向（基礎）：資料＋操作打包成一個東西

把狀態與操作放在同一個型別裡

例如一筆測量有數值，也有讀取與更新這個數值的操作。class 讓我們定義這樣的型別；建立物件後，每個物件保存自己的狀態。這頁先從一個 int 成員開始，再逐步加入存取控制、建構式與輸出介面。

「抽象資料型別」從使用者能儲存什麼、能做什麼操作來描述一種資料，不先限定內部實作。C++ 類別是表達這類介面的一種工具；不是每種資料結構都必須以一個類別實作。下表保留兩種觀點的對照。

藍圖與成品 四個必背詞

類別是藍圖，物件是照著藍圖蓋出來的東西。藍圖只有一份，蓋出來的房子可以有很多間，每一間的門牌、住戶各自不同。

n.getData() = 93

建構式與 this

建構式：跟類別同名、沒有回傳型別

你寫 Reading n(93); 的時候，C++ 先配置一塊記憶體，然後自動呼叫 Reading(93) 把它填好。所以建構式裡做的事就是「這個物件一出生要帶著哪些資料」。

它有兩個外觀特徵：名字跟類別一模一樣，而且沒有回傳型別（連 void 都不寫）。

this：指向目前物件的指標

在非靜態成員函式中，this 指向目前執行該函式的物件。例如以 obj.getData() 呼叫時，this 對應 &obj；它不是指向呼叫端函式。成員沒有被同名區域變數遮蔽時，可以直接寫 value，或明寫 this->value。

冒號後面的成員初始化列表

Reading(int initial) : value(initial) {} 把 initial 用作成員 value 的初值。冒號後、函式本體前的部分叫成員初始化列表（member initializer list）。它先初始化成員，再執行大括號中的敘述；先前的 this->value = value; 則是在本體內賦值。這個 int 範例兩種方式可得到相同數值，之後有 const 或參考成員時，初始化列表尤其重要。

public 與 private：C++ 靠編譯器擋，不靠約定

[編譯失敗]
cell.cpp: In function ‘int main()’:
cell.cpp:15:15: error: ‘int Reading::value’ is private within this context
   15 |     cout << n.value << endl;        // 不行：value 是 private

隱藏狀態或公開資料：依類別的需求選擇

這一節值得慢慢看，因為它是真實世界的取捨，不是參考資料的標準答案。

兩個類別可以依各自的不變條件採取不同的存取設計：

int getData() const：成員函式的唯讀承諾

const 成員函式透過 this 讀取一般成員，讓唯讀物件也能使用查詢介面。Reading 的 getter 加上 const，用來讀取 value；setter 會修改 value，因此不加 const。

#include <iostream>
class Reading {
    int value;
public:
    Reading(int initial) : value(initial) {}
    int getData() const { return value; }
};
void show(const Reading& sample) {
    std::cout << sample.getData() << "\n";
}
int main() { Reading sample(18); show(sample); }
 

18

class Reading {
    int value;
public:
    Reading(int initial) : value(initial) {}
    int getData() { return value; } // 只拿掉 const
};
void show(const Reading& sample) {
    std::cout << sample.getData(); // 預期編譯錯誤
}
 

同名不同參數：Timer 的三種建立方式

C++ 允許同一個名字有多個版本，只要參數列可區分即可。編譯器會依呼叫時提供的引數個數與型別挑選最合適的版本。

a: 3, 4
b: 5, 1
c: 0, 1

#include <iostream>
using namespace std;
class Big {
public:
    Big(int id) : tag(id) { cout << "  [建構] Big " << tag << '\n'; }
    Big(const Big &other) : tag(other.tag) {
        cout << "  [複製] 又抄了一份 Big " << tag << " ← 這行就是成本\n";
    }
    int getTag() const { return tag; }
private:
    int tag;
};
void byValue(Big b) { cout << "  函式裡看到 " << b.getTag() << '\n'; }
void byConstRef(const Big &b) { cout << "  函式裡看到 " << b.getTag() << '\n'; }
int main() {
    Big item(7);
    cout << "呼叫 byValue(item):\n"; byValue(item);
    cout << "呼叫 byConstRef(item):\n"; byConstRef(item);
}

  [建構] Big 7
呼叫 byValue(item):
  [複製] 又抄了一份 Big 7 ← 這行就是成本
  函式裡看到 7
呼叫 byConstRef(item):
  函式裡看到 7

編譯器怎麼挑：一個一個比參數列

「編譯器會依你傳的引數挑一個」這句話講得太快了。它實際上做三件事：先把同名的建構式全抓出來當候選，再逐一比對參數列，個數或型別對不上就排除，最後從符合條件的裡面挑一個。下面的逐步器把這個過程放慢給你看。

本例的 Timer 可使用編譯器隱式宣告的複製建構式，將兩個 int 成員複製到新物件。這不表示所有類別都永遠能複製：某些成員或其他特殊成員函式的宣告，會讓隱式複製建構式被定義為 deleted。

operator<< 與 friend：替物件定義輸出格式

[編譯失敗]
cell.cpp: In function ‘int main()’:
cell.cpp:13:10: error: no match for ‘operator<<’ (operand types are ‘std::ostream’ {aka ‘std::basic_ostream<char>’} and ‘Point’)
   13 |     cout << p << endl;      // 沒有定義 operator<<，編譯器不知道怎麼印

要支援 cout << p，左運算元是 ostream，所以不能只寫成 Point 的一般成員運算子；可定義接收 ostream 與 Point 的非成員函式。下面函式需要直接讀取 private 的 x、y，因此在類別內以 friend 授權。如果改用公開 getter 讀值，就不一定需要 friend。

(3, 4)

用現成的東西蓋新的東西 has-a

ReadingLog 保存多筆測量，內部持有 vector<int>，對外提供加入、計數與計算平均。這種「A 擁有 B」的關係就是組合：自己的類別決定介面，標準容器管理底層儲存。

count = 3
average = 20

.hpp 與 include guard：避免類別重複定義

類別通常放在 .hpp 裡，讓別的檔案 #include 進來用。但 #include 就是把整個檔案的內容原地貼過來，同一個檔案被貼兩次，類別就重複定義了。

標頭中的 explicit 表示這個單參數建構式不供一般隱式轉換使用：Reading r(18); 可以明確建立物件，Reading r = 18; 則不接受。這與 include guard 是不同功能；guard 處理重複引入，explicit 限制建立物件時的轉換。

物件指標與公開介面

P8 速查表

語法骨架

C++ ↔ Python 對照

繼承、多型、virtual、運算子多載與 template，見 P9 · 物件導向（進階）。

延伸閱讀

自我檢測：類別與物件 隨堂自測 · 6 題

每個選項都有解說：選錯也點開看看為什麼錯。全對之後再往下翻詞彙卡。

#include <iostream>
using namespace std;
class Reading {
    private:
        int value;
    public:
        Reading(int v) { value = v; }
        int getData() const { return value; }
};

int main() {
    Reading sample(93);
    cout << sample.getData();
}

#include <iostream>
using namespace std;
class Reading {
    private:
        int value;
    public:
        Reading(int v) { value = v; }
};

int main() {
    Reading sample(93);
    cout << sample.value;
}

Timer a(3, 4), b(5), c;
cout << a.initial() << "," << a.step() << " "
     << b.initial() << "," << b.step() << " "
     << c.initial() << "," << c.step();

關鍵詞彙卡：點卡片翻面

先看正面術語，心中默想定義再翻面對答案；洗牌後再過一輪，直到每張都能不假思索說出來。