【C++】类和对象(一)

C++对C语言的补充最重要的功能之一就是类和对象的引入，在学习完漫长的C语言，从这里就算是开始踏上了高级语言之路，C++的这门语言有太多细节了，所以也要花费更多的时间和更多的精力，去面对更多的困难，做好心里准备，学校杂七杂八的事情，想要让学习和生活上的保持平衡，并非一件易事，但是又怎么能停下脚步呢？路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。加油吧，少年！

面向过程和面向对象初步认识

C语言是面向过程的语言，关注的是过程，分析出解决问题的步骤，通过一个个函数去逐步解决问题。

例如洗衣服的步骤：

这就是面向过程，关注的是过程，一步步地去解决问题。

C++是面向对象的语言，关注的是对象，将一个问题拆分成不同的对象，通过对象之间的交互去解决问题。

还是同一个问题，两者对比，相信你已经对面向对象和面向过程的概念有了一点感觉了。想要彻底理解还是要在日后知识丰富了才能彻底体会到。

类的概念

C语言中的结构体只能定义变量，在C++中结构体既能定义变量，又能定义函数。

例如之前用C语言实现的栈，就能够直接将函数和变量放在一个类里面，起到封装的效果。

typedef int DataType;
struct Stack
{void Init(size_t capacity){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const DataType& data){// 扩容_array[_size] = data;++_size;}DataType Top(){return _array[_size - 1];}void Destroy(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}DataType* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};

但是在C++中我们不再用struct而是用class来定义类。直接替换即可。

类的定义

class className
{
// 类体：由成员函数和成员变量组成
}; // 一定要注意后面的分号  

class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后面分号不能省略

类体中内容称为类的成员：类中的变量称为类的属性或成员变量; 类中的函数称为类的方法或者成员函数

类的两种定义方式

1. 声明和定义全部放在类体中，需注意：成员函数如果在类中定义，编译器可能会将其当成内联函数处理。

   class Person
   {
   public:void Print(){cout << _name << _sex << _age << endl;}
   private:char* _name;char* _sex;int _age;
   };  
   

2. 类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中，注意：成员函数名前需要加类名::

   

一般情况下推荐第二种写法，如果平时为了方便可以使用第一种。

成员变量命名规则

通常情况下类中的变量会做特殊处理，例如：

class Date
{
public:void Init(int year){_year = year;}
private:int _year;
};
class Date
{
public:void Init(int year){mYear = year;}
private:int mYear;
};

在成员变量加上前缀或者后缀，和普通变量区别开，不同的公司也可能有不同的规定，只要能取分即可。

类的访问限定符和封装

访问限定符

C++实现封装的方式：用类将对象的属性与方法结合在一块，让对象更加完善，通过访问权限选择性的将其接口提供给外部的用户使用。

访问限定符说明：

1. public修饰的成员在类外可以直接被访问
2. protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问
3. 访问权限作用域从该访问限定符出现的位置开始直到下一个访问限定符出现为止
4. class的默认访问权限为private，struct为public（因为C++要兼容C的缘故）

一道题目：struct和class的区别？

答：因为C++要兼容C语言，所以在C++中struct可以定义结构体，也可以用来定义类（作用和class相同）。区别在于class定义的类默认访问权限是private，而struct定义出的类默认访问权限是public。另外在继承和模板参数列表位置也有区别，之后再来介绍。

封装

一道题目：面向对象的三大特性？

封装、继承、多态。

在类和对象阶段主要看封装的特性即可。

封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互。

• 封装本质就是一种管理，让用户更方便使用类。

比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只有开关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。

在C++语言中实现封装，可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来隐藏对象内部实现细节，控制哪些方法可以在类外部直接被使用。

类的作用域

类定义了一个新的作用域，类的所有成员都在类的作用域中。在类体外定义成员时，需要使用 ::作用域操作符指明成员属于哪个类域。

class Person
{
public:void PrintPersonInfo();
private:char _name[20];char _gender[3];int _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
}

类的实例化

用类类型创建对象的过程叫做类的实例化。

类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它；比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看成是一个类，来描述具体学生信息。

一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象占用实际的物理空间，存储类成员变量

int main()
{Person._age = 100; // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”return 0;
}

Person类是没有空间的，只有实例化出的对象才是具有年龄。

类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间。

类对象模型

如何计算类对象大小

一个类中可以有多个成员变量，也可以有多个成员函数，但是大小怎么计算呢，从图中我们就可以知道结果，计算类对象的大小和结构体是类似的，也存在内存对齐的效果，只计算成员变量大小，不计算成员函数

一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然要注意内存对齐

类对象的存储方式

类对象的存储方式：只存储成员变量，成员函数放在公共的代码段。

注意空类是一种特殊情况：编译器给空类一个字节来标识这是一个类的对象。

验证：

结构体内存对齐规则

1. 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。

2. 其他成员变量要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍的地址处。注意：对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。VS中默认的对齐数为8

3. 结构体总大小为：最大对齐数（所有变量类型最大者与默认对齐参数取最小）的整数倍。

4. 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对齐到自己的最大对齐数的整数倍处，结构体的整体大小就是所有最大对齐数（含嵌套结构体的对齐数）的整数倍。

几个题目：

• 结构体怎么对齐？ 为什么要进行内存对齐？

• 如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐？能否按照3、4、5即任意字节对齐？

• 什么是大小端？如何测试某台机器是大端还是小端，有没有遇到过要考虑大小端的场景

具体细节看C语言阶段时的学习：

• 自定义类型：结构体、枚举、联合体：http://t.csdn.cn/55Fx1
• C进阶:数据在内存中的存储：http://t.csdn.cn/yMUd7

this指针

this指针概念

C++编译器给每个“非静态的成员函数“增加了一个隐藏的指针参数，让该指针指向当前对象(函数运行时调用该函数的对象)，在函数体中所有“成员变量”的操作，都是通过该指针去访问。只不过所有的操作对用户是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。

看下面这样一个问题：

class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private:int _year; // 年int _month; // 月int _day; // 日
};
int main()
{Date d1, d2;d1.Init(2023, 4, 11);d2.Init(2023, 4, 22);d1.Print();d2.Print();return 0;
}

Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用 Init 函数时，该函数是如何知道应该设置d1对象，而不是设置d2对象呢？

这就是this指针功能。

this指针特性

就像上述中类的成员函数，实际上是这样的结构：

所有成员函数都是有这个默认的this指针的，这里只是拿这个做举例，可以看到在函数里使用this指针是没问题的，但是你自己不能在函数参数里写出来。

汇编中也可以看到在调用Init的函数时，传递的参数的确是4个。另外this指针是一个有常属性的形参，不能修改。

总结：

1. this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。

2. 只能在“成员函数”的内部使用

3. this指针本质上是“成员函数”的形参，当对象调用成员函数时，将对象地址作为实参传递给this形参。所以对象中不存储this指针。

4. this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参，一般情况由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户传递

题目：

• this指针存在哪里？
• this指针可以为空吗？

this指针是可以为空指针的，但是不能解引用。

this指针存放在调用函数的栈帧里面，但是VS下对this指针进行了优化，存放在寄存器ECX里面。

我们可以来验证一下：

看这个问题，分析一下两种情况结果分别是什么？

答案：前置正常运行，后者运行崩溃。

原因：前者虽然传递了空指针过去，但是在Print中并没有通过this指针访问，而后者this指针想要去访问_a，所以空指针导致程序崩溃。