1. 二维点的表示（类设计）

   • 知识点讲解：
     • 封装：将数据成员（x和y坐标）设为private，这遵循了面向对象编程中的封装原则，防止外部代码随意修改类内部的数据，保证数据的安全性和完整性。只有通过类提供的公有成员函数（getX、getY、setX、setY）才能访问和修改数据。
     • 构造函数：提供了一个带默认参数的构造函数Point(double _x = 0, double _y = 0)，这样既可以创建指定坐标的点，也能方便地创建原点。默认参数简化了代码，减少了重载构造函数的数量。
     • 访问器与修改器：getX、getY函数被定义为const，意味着调用它们不会修改类对象的状态，这符合函数的语义，也能让这些函数用于const对象。setX和setY用于更新坐标值。

2. 操作符重载

   • 知识点讲解：
     • 加法操作符重载：通过Point operator+(const Point& p1, const Point& p2)重载+操作符，这使得代码书写更符合数学直觉，Point类对象能像内置数据类型一样相加。函数接收两个const引用参数，避免了不必要的对象复制，提高效率，并且保证传入的对象在函数内不会被修改。
     • 输出流操作符重载：std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& p)重载<<操作符用于格式化输出Point对象。返回std::ostream&类型，以便能连续使用输出操作符，例如cout << p1 << " 和 " << p2，这遵循了流操作的链式调用风格。

3. 有理数类设计

   • 知识点讲解：
     • 数据成员与初始化：Rational类有两个数据成员numerator（分子）和denominator（分母） 。构造函数Rational(int num = 0, int den = 1)通过默认参数支持创建整数形式的有理数，同时立即调用simplify函数对分数进行约分和规范符号，确保有理数始终以最简形式存在。
     • 约分与符号处理：simplify函数利用std::gcd（求最大公约数函数，来自<algorithm>库）对分子分母约分，还会调整分母为正，让有理数的表示更加规范统一。
     • 加法操作符重载：Rational operator+(const Rational& r) const重载加法操作符，按照分数加法规则计算新的分子分母，再构造并返回新的Rational对象。函数标记为const，因为它不会修改调用它的对象状态。
       

4. token扫描器类设计

   • 知识点讲解：
     • 成员变量：TokenScanner类有两个关键成员变量，input存储待扫描的字符串，pos记录当前扫描位置，它们控制着扫描流程。
     • 扫描逻辑：nextToken函数通过移动pos跳过开头的空白字符，然后截取连续的非空白字符段作为一个token，实现了基本的词法扫描功能。这种逐步移动指针、截取子串的方式是文本处理类常见的做法。
     • 状态判断：hasMoreTokens函数通过比较pos和input的大小，快速判断是否还有剩余未扫描的token，方便控制循环扫描的流程。

5. 将程序封装成类

   • 知识点讲解：
     • 职责单一：CircleAreaCalculator类专注于圆面积的计算这一单一职责，把相关的半径数据和计算逻辑封装在一起。遵循单一职责原则的类更容易维护、测试和扩展。
     • 构造函数与初始化：构造函数CircleAreaCalculator(double r)接收半径参数初始化radius，为后续计算面积做准备。这种在构造时初始化关键数据的方式很常见，保证对象创建后处于可用状态。
     • 常量成员函数：calculateArea函数被定义为const，因为它只读取radius的值来计算面积，不修改类的任何成员变量，向调用者表明函数的“只读”特性，同时也允许该函数被const对象调用。

以下是更详细的代码示例，：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <string>// 二维点的表示
class Point {
private:double x;double y;
public:// 构造函数，带默认参数Point(double _x = 0, double _y = 0) : x(_x), y(_y) {}  // 访问器函数double getX() const { return x; }  double getY() const { return y; }  // 修改器函数void setX(double newX) { x = newX; }  void setY(double newY) { y = newY; }  
};// 操作符重载：加法
Point operator+(const Point& p1, const Point& p2) {return Point(p1.getX() + p2.getX(), p1.getY() + p2.getY());
}// 操作符重载：输出流
std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& p) {os << "(" << p.getX() << ", " << p.getY() << ")";return os;
}// 有理数类
class Rational {
private:int numerator;int denominator;// 约分和符号处理函数void simplify() {int gcd = std::gcd(numerator, denominator);numerator /= gcd;denominator /= gcd;if (denominator < 0) {numerator = -numerator;denominator = -denominator;}}
public:// 构造函数，带默认参数Rational(int num = 0, int den = 1) : numerator(num), denominator(den) {simplify();}  int getNumerator() const { return numerator; }int getDenominator() const { return denominator; }// 加法操作符重载Rational operator+(const Rational& r) const {int newNum = numerator * r.denominator + r.numerator * denominator;int newDen = denominator * r.denominator;return Rational(newNum, newDen);}
};// token扫描器类
class TokenScanner {
private:std::string input;size_t pos;
public:TokenScanner(const std::string& str) : input(str), pos(0) {}std::string nextToken() {while (pos < input.size() && std::isspace(input[pos])) {pos++;}if (pos >= input.size()) {return "";}size_t start = pos;while (pos < input.size() &&!std::isspace(input[pos])) {pos++;}return input.substr(start, pos - start);}bool hasMoreTokens() {return pos < input.size();}
};// 将程序封装成类：圆面积计算器
class CircleAreaCalculator {
private:double radius;
public:CircleAreaCalculator(double r) : radius(r) {}double calculateArea() const {return 3.14 * radius * radius;}
};int main() {// 二维点的使用Point p1(1.0, 2.0);Point p2(3.0, 4.0);Point sum = p1 + p2;std::cout << "p1: " << p1 << ", p2: " << p2 << ", sum: " << sum << std::endl;// 有理数的使用Rational r1(1, 2);Rational r2(1, 3);Rational sumR = r1 + r2;std::cout << r1.getNumerator() << "/" << r1.getDenominator() << " + " << r2.getNumerator() << "/" << r2.getDenominator() << " = " << sumR.getNumerator() << "/" << sumR.getDenominator() << std::endl;// token扫描器的使用std::string test = "hello world";TokenScanner scanner(test);while (scanner.hasMoreTokens()) {std::string token = scanner.nextToken();std::cout << "Token: " << token << std::endl;}// 圆面积计算器的使用CircleAreaCalculator calculator(5.0);double area = calculator.calculateArea();std::cout << "圆的面积: " << area << std::endl;return 0;
}

这段代码整合了多个类的设计与应用，展示了如何通过类来封装数据与功能，以及利用操作符重载让自定义类的使用更加自然流畅，同时还有文本扫描和简单几何计算功能的实现。

1. 二维点的表示（类设计）
   • 类的定义
     • 首先，定义一个Point类来表示二维空间中的点。类中包含两个成员变量，分别表示x和y坐标，以及相应的构造函数、访问器（getter）和修改器（setter）函数。

     class Point {
     private:double x;double y;
     public:Point(double _x = 0, double _y = 0) : x(_x), y(_y) {}double getX() const { return x; }double getY() const { return y; }void setX(double newX) { x = newX; }void setY(double newY) { y = newY; }
     };
     

   • 使用示例
     • 在main函数或者其他函数中，可以创建Point类的对象并操作它。

     int main() {Point p(3.0, 4.0);std::cout << "点的坐标: (" << p.getX() << ", " << p.getY() << ")" << std::endl;return 0;
     }
     

2. 操作符重载
   • 加法操作符重载
     • 为Point类重载+操作符，使得两个Point对象可以相加，结果是一个新的Point对象，其坐标分别为两个原始点对应坐标之和。

     Point operator+(const Point& p1, const Point& p2) {return Point(p1.getX() + p2.getX(), p1.getY() + p2.getY());
     }
     

     • 使用示例：

     int main() {Point p1(1.0, 2.0);Point p2(3.0, 4.0);Point sum = p1 + p2;std::cout << "相加后的点坐标: (" << sum.getX() << ", " << sum.getY() << ")" << std::endl;return 0;
     }
     

   • 输出流操作符重载
     • 重载<<操作符，以便能够直接将Point对象输出到标准输出流。

     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Point& p) {os << "(" << p.getX() << ", " << p.getY() << ")";return os;
     }
     

     • 使用示例：

     int main() {Point p(5.0, 6.0);std::cout << "点: " << p << std::endl;return 0;
     }
     

3. 有理数类设计
   • 类定义
     • 有理数由分子和分母组成，在类中需要考虑约分、符号处理等问题。

     class Rational {
     private:int numerator;int denominator;void simplify() {int gcd = std::gcd(numerator, denominator);numerator /= gcd;denominator /= gcd;if (denominator < 0) {numerator = -numerator;denominator = -denominator;}}
     public:Rational(int num = 0, int den = 1) : numerator(num), denominator(den) {simplify();}int getNumerator() const { return numerator; }int getDenominator() const { return denominator; }Rational operator+(const Rational& r) const {int newNum = numerator * r.denominator + r.numerator * denominator;int newDen = denominator * r.denominator;return Rational(newNum, newDen);}
     };
     

   • 使用示例
     • 创建有理数对象并进行加法运算。

     int main() {Rational r1(1, 2);Rational r2(1, 3);Rational sum = r1 + r2;std::cout << "两有理数相加结果: " << sum.getNumerator() << "/" << sum.getDenominator() << std::endl;return 0;
     }
     

4. token扫描器类设计
   • 类定义与功能概述
     • token扫描器用于将输入的字符串分割成一个个有意义的token。类中包含输入字符串、当前扫描位置等成员变量，以及扫描下一个token、判断是否结束等成员函数。

     class TokenScanner {
     private:std::string input;size_t pos;
     public:TokenScanner(const std::string& str) : input(str), pos(0) {}std::string nextToken() {while (pos < input.size() && std::isspace(input[pos])) {pos++;}if (pos >= input.size()) {return "";}size_t start = pos;while (pos < input.size() &&!std::isspace(input[pos])) {pos++;}return input.substr(start, pos - start);}bool hasMoreTokens() {return pos < input.size();}
     };
     

   • 使用示例
     • 输入一个字符串，通过扫描器获取其中的token。

     int main() {std::string test = "hello world";TokenScanner scanner(test);while (scanner.hasMoreTokens()) {std::string token = scanner.nextToken();std::cout << "Token: " << token << std::endl;}return 0;
     }
     

5. 将程序封装成类
   • 整体思路
     • 以一个简单的数学计算程序为例，把计算逻辑封装到一个类中。假设要封装一个计算圆面积的程序，类中包含半径成员变量、计算面积的函数等。

     class CircleAreaCalculator {
     private:double radius;
     public:CircleAreaCalculator(double r) : radius(r) {}double calculateArea() const {return 3.14 * radius * radius;}
     };
     

   • 使用示例
     • 创建类的对象，调用计算函数。

     int main() {CircleAreaCalculator calculator(5.0);double area = calculator.calculateArea();std::cout << "圆的面积: " << area << std::endl;return 0;
     }
     

通过以上设计，可以将不同的功能需求通过类的形式进行良好的组织，提高代码的模块化、可复用性和可读性。