【C++从入门到放弃】类和对象（上）
作者： @情话0.0
专栏：《C++从入门到放弃》
个人简介：一名双非编程菜鸟，在这里分享自己的编程学习笔记，欢迎大家的指正与点赞，谢谢！
类和对象（上）
- 前言
- 一、类的引入
- 二、类的定义
- 三、类的访问限定符及封装
-
- 1. 访问限定符
- 2. 封装
- 四、类的作用域
- 五、类的实例化
- 六、类对象模型
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- 1. 计算类对象的大小
- 2. 结构体内存对齐规则
- 七、this指针
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- 1. 什么是this指针
- 2. this指针的特性
- 总结
前言
在学习类和对象之前，我们要对面向过程和面向对象有一个初步的了解：C语言是面向过程的，面向过程所关注的是分析出解决问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题；C++是面向对象的，面向对象是把构成问题事务分解成多个不同的对象，靠对象之间的交互完成，建立对象的目的不是为了完成一个步骤，而是为了描叙某个事物在整个解决问题的步骤中的行为。
一、类的引入
C语言中，结构体内部只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。
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;
};
int main()
{
Stack s;
s.Init(10);
s.Push(1);
s.Push(2);
s.Push(3);
cout << s.Top() << endl;
s.Destroy();
return 0;
}
可以看到，在这个结构体内，我们不仅定义了变量，而且还定义了函数，这也是C语言和C++的区别之一，但是在C++里，通常不会称其结构体，而是类，是一个Stack类。在C++中，通常使用class来代替struct。
二、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：
- 声明和定义全部放在类体中，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。这种定义方式和上面的例子类似。
- 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::
//声明放在类的头文件（Date.h）当中
class Date
{
public:
void PrintDate();
int _year;
int _month;
int _day;
};
定义放在类的实现文件（.cpp）当中
#include "Date.h"
void Date::PrintDate()
{
cout<<_year<<"年"<<_month<<"月"<<_day<<"日"<<endl;
}
三、类的访问限定符及封装
1. 访问限定符
C++实现封装的方式：通过类将对象的属性（变量）与方法（函数）结合在一块，让对象更加完善，更加整体，通过访问权限选择性的将其接口提供给外部的用户使用。
访问限定符共有三个：public（公有）、protected（保护）、private（私有）。
- public修饰的成员在类外可以直接被访问
- protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)
- 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
- 如果一个访问限定符后面再没有访问限定符，访问权限作用域从该访问限定符就到 } 即类结束。
- class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)
注意：访问限定符只在编译时有用，当数据映射到内存后，没有任何访问限定符上的区别
2. 封装
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，让用户更方便使用类。举个简单例子来说：你要去银行存钱，你只需要在规定的窗口办理业务就行，和你进行交互的只是柜台的银行人员而已，你不需要去管你的钱银行会怎么存，会存到哪里，银行内部的存钱细节、流程都会被封装起来，仅仅对你只开放了一个窗口。
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。
四、类的作用域
类定义了一个作用域，类中的所有成员都在这一个作用域当中。当在类外要定义成员时，需要使用 :: 作用域操作符来指明该成员是属于那个类域当中的。
就比如在上面的代码当中，要在 Date 类外定义一个 PrintDate 函数时就得指明该函数是属于哪个类域当中的。
五、类的实例化
用类类型创建对象的过程，称为类的实例化（类定义）
- 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，这就相当于有一张设计图纸，但是可以按照图纸建造多个房子一样，实例化出的对象 占用实际的物理空间，存储类成员变量。
- 类实例化出对象这个过程就类似于使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，它只有一个框架，并没有实际的内存数据，只有当通过使用图纸建造出房子才算实例化，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间。
六、类对象模型
1. 计算类对象的大小
class Date
{
public:
void PrintDate()
{
cout<<_year<<"年"<<_month<<"月"<<_day<<"日"<<endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
可以看到，在一个类中，既有成员变量，又有成员函数，肯定的是变量是占内存空间的，但是函数占不占空间呢？如果占会占多大呢？
当使用 sizeof() 计算类对象大小时会发现类对象的大小只有成员变量，不包括成员函数，并且还要注意内存对齐原则。上面的对象大小就是12个字节。
这也就是为什么成员变量在对象当中，而成员函数不在对象当中。再对这句话做一个解释，当实例化出一个对象，它对应的变量肯定是各自对象所拥有的，但是对于成员函数来说，就没有必要给每一个对象都配备一份相同的代码，多个对象使用同一个函数也是没有问题的。举个例子，对象就相当于人，而函数可比作为一个篮球场，没有必要给没一个都建一个篮球场，只需要建一个大家一块使用就可以。而这些函数代码会放在公共区域（代码段），要使用该函数时就去公共区间调用。
注意：当类没有成员变量或者是一个空类时会有多大呢？
在经过测试发现会有一个字节的内存，而这一字节的内存仅仅是用来占位，标识对象被定义出来了。
2. 结构体内存对齐规则
- 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
- 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- 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。
- 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。
七、this指针
1. 什么是this指针
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(2000,1,1);
d2.Init(2023,2,26);
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}
可以看到，在Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，当时我们 d1 对象调用 Init 函数时，我们会觉得将日期分别赋值给了 _year、_month、_day，可是再当 d2 对象调用该函数时同样也把 d2 对象的日期分别给到了 _year、_month、_day，难道这样不会发生值替换吗？
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。
void Init(int year, int month, int day)
{
this->_year = year;
this->_month = month;
this->_day = day;
}
2. this指针的特性
- this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值
- 只能在“成员函数”的内部使用
- 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,this指针存在于栈中。
- 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
总结
以上都是我自己对学习类和对象的简单认识，当然对类和对象的学习还没有结束，后面还有更多的知识等待着自己，相信拥有了这些知识可以让自己进一步地去学习C++的知识。