C++中类和对象的分析与品鉴（上篇）

一、面向过程与面向对象

在学习类之前先来回顾一下C语言和C++的一些联系和区别：
C语言是面向过程的，关注的是过程，分析出求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题。 在代码层面体现的是函数。
C++ 是基于面向对象的，关注的是对象，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成。在代码层面体现的是类的设计和类之间的关系。
总的来说，C++基于面向对象：面向对象和面向过程混编（因为C++兼容C）。

二、类的引入和定义

struct类

在C++中类的表示方法有两种，结构体struct或者类class；因为struct在C++中升级成了类。
并且C++类和C语言中结构体有很大的不同，在类中除了可以定义变量，还可以定义函数。
例子如下：

//在C++中struct升级成了类
//C++也兼容C语言里面结构体的用法
struct Date
{
	//成员变量
	int _year;
	int _month;
	int _day;
	//成员函数
	void DateInit(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
};

int main()
{
	struct Date d1; // 兼容c
	Date d2;     // 升级到类，Date是类名，也是类型
	
	return 0;
}

class类

class ClassName
{
	// 类体：由成员函数和成员变量组成
};

//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。
 
//类中的元素称为类的成员：
//类中的数据称为类的属性或者成员变量; 
//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
② 声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中

三、封装和类的访问限定符

封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。
而在类和对象阶段，我们只研究类的封装特性，那什么是封装呢？
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。
封装本质上是一种管理：
1.数据和方法都封装到类里面，
2.可以给你访问定义成公有，不想给你访问定义成私有或保护；
不封装是一种自由管理。

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

public 公有

protected 保护

private 私有

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(protected和private是类似的)
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时为止
④ class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)

C++中struct和class的区别：
C++需要兼容C语言，所以C++中struct可以当成结构体去使用。另外C++中struct还可以用来定义类。和class是定义类是一样的，区别是struct的成员默认访问方式是public，class是的成员默认访问方式是private。

四、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，需要使用 :: 作用域解析符指明成员属于哪个类域。

class Person
{
public:
	void PrintPerson();
private:
	char _name[56];
	char _gender[2];
	int _age;
};

// 这里需要指定PrintPerson是属于Person这个类域
void Person::PrintPerson()
{
	cout << _name << " "<<_gender << " " << _age << endl;
}

五、类对象模型

类对象大小的计算

其实类就是创建一种C++中没有的一种类型，即自定义类型，这种类型像int、char 类型一样，都要在内存中占用一定大小。比如int 类型占用4个字节，char 类型占用1个字节，那么我们自定义类型结构体要占几个字节呢？
而想要了解类的大小，首先得掌握结构体的对齐规则，因为结构体的对齐规则和类是差不多的：
①第一个成员在与结构体变量偏移量为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。
对齐数 = 编译器默认的一个对齐数 与 该成员大小的较小值。
VS2019 中默认的值为8
③ 结构体总大小为最大对齐数（每个成员变量都有一个对齐数）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。

一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然也要进行内存对齐（和结构体内存对齐一样），注意空类的大小，空类比较特殊，编译器给了空类一个字节来唯一标识这个类。

类对象的存储方式

如果对象中包含类的所有成员，那么每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数，如果按照此种方式存储，当一个类创建多个对象时，每个对象中都会保存一份代码，相同代码保存多次，浪费空间。
类对象的存储方式：对象只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段。

六、this指针

我们先来看看一个简单的日期类：

class Date
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	int _year; // 年
	int _month; // 月
	int _day; // 日
};
int main()
{
	Date d1, d2;
	d1.Init(2022, 2, 1);
	d2.Init(2018, 1, 16);
	d1.Print();
	d2.Print();
	return 0;
}

对于上面的日期类，有这样的一个问题：
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和Print函数时，该函数是如何知道应该是d1对象，而不是d2对象呢？

C++中通过引入this指针解决该问题，即：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

注意：只有在非静态的成员函数中才有this指针

关于this指针的经典例题：
程序1：

// 1.下面程序能编译通过吗？
// 2.下面程序会崩溃吗？在哪里崩溃
class A
{
public:
	void Show()
	{
		cout << "Show()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* p = nullptr;
	p->Show();
}

程序2：

// 1.下面程序能编译通过吗？
// 2.下面程序会崩溃吗？在哪里崩溃
class A
{
public:
	void PrintA()
	{
		cout << _a << endl;
	}
private:
	int _a;
};

int main()
{
	A* p = nullptr;
	p->PrintA();
}