【hello C++】类和对象（上）

目录

1.面向过程和面向对象的初步认识

2.类的引入

3.类的定义

3.1 类的定义方式

3.2 成员变量命名规则的建议

4. 类的访问限定符及封装

4.1 访问限定符

4.2 封装

5. 类的作用域

6. 类的实例化

 7. 类对象模型

7.1 类对象模型的构建 

7.2 如何计算对象的大小

8. this 指针

8.1 this指针的引出

8.2 this指针的特性

 8.3. C语言和C++实现Stack的对比

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c++ 

1.面向过程和面向对象的初步认识

面向过程：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。

面向对象：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。

用一个图书管理系统来说吧。

我们如果关注到的是老师、学生、管理员等，这便是面向对象；

如果关注到的是具体的借书、还书函数实现等，这便是面向过程。

C语言是一门面向过程的编程语言；

c++是一门面向对象的编程语言，但又不完全面向对象，因为c++是兼容C语言的。 

2.类的引入

在之前的C语言学习中，我们定义一个结构体时，结构体中只能定义变量、数组等；

但在c++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。

下面看一个在c++中栈结构体定义的例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
using namespace std;

typedef int DataType;
struct Stack
{
	DataType* _array;
	size_t _size;
	size_t _capacity;

	void Init(size_t capacity)
	{
		_array=(DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (_array == NULL)
		{
			perror("malloc");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}

	void Push(const DataType& data)
	{
		_array[_size] = data;
		_size++;
	}

	DataType Top()
	{
		return _array[_size - 1];
	}

	void Destroy()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = nullptr;
			_capacity = _size = 0;
		}
	}
};

int main()
{
	Stack s;
	s.Init(10);
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	cout << s.Top() << endl;
	s.Destroy();
	return 0;
}

 类似上面结构体的定义，在c++中更喜欢用class来代替struct

3.类的定义

class className
{
    //类体：由成员函数和成员变量组成

};  //注意后面的分号一定要写

class为定义类的关键字，className为类的名字，{}为类的主体，注意类定义结束时后面得分号不能省略一定要写。

类体中的内容称为类的成员，由变量和函数组成。

类中的变量称为类的属性或或成员变量；

类中的函数称为类的方法或者成员函数。

3.1 类的定义方式

 1. 声明和定义全部放在类体中。

 注意：

如果这样定义，那么编译器很可能将成员函数当成内联函数来处理。若：成员函数比较短小，满足内联函数的特点。

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，我们使用的是第二种方式，因为它会使我们的编程逻辑更加清晰。

3.2 成员变量命名规则的建议

// 我们看看这个函数，是不是很僵硬？
class Date
{
public:
     void Init(int year)
     {
         // 这里的year到底是成员变量，还是函数形参？
         year = year;
     }
private:
     int year;
};

// 所以一般都建议这样
class Date
{
public:
     void Init(int year)
     {
         _year = year;
     }
private:
     int _year;
};

// 或者这样
class Date
{
public:
     void Init(int year)
     {
         mYear = year;
     }
private:
     int mYear;
};

其他方式也可以的，每个公司的命名风格不一样，主要看公司要求。

一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行。

4. 类的访问限定符及封装

4.1 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(此处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. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束；

5. 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

【面试题】

问题： C++ 中 struct 和 class 的区别是什么？

解答： C++ 需要兼容 C 语言，所以 C++ 中 struct 可以当成结构体使用。

另外 C++ 中 struct 还可以用来定义类，和class定义类是一样的。

区别是 struct 定义的类默认访问权限是 public ， class 定义的类默认访问权限是private 。

注意：在继承和模板参数列表位置， struct 和 class 也有区别，后序给大家介绍。

4.2 封装

【面试题】

面向对象的三大特性： 封装、继承、多态 。

在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，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，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 。

5. 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;
}

6. 类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

1. 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：

汽车（一个类），具体的哪辆车（一个对象）

 

2. 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()
{
     Car._price = 100;   // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”
     return 0;
}

Car类是没有空间的，只有Car类实例化出的对象才有具体的

3. 做个比方。 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

 

给Person类实例化了一个man对象后，才可以使用它的变量。

 7. 类对象模型

7.1 类对象模型的构建 

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

7.2 如何计算对象的大小

在之前C语言的结构体学习中，我们学习了结构体的内存对齐规则：

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。

类对象的内存存储也符合上述规则，但又有些不同：

 看个例子：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
using namespace std;

// 类中既有成员变量，又有成员函数
class A1 
{
public:
	void f1() {}
private:
	int _a;
};

// 类中仅有成员函数
class A2 
{
public:
	void f2() {}
};

// 类中什么都没有---空类
class A3
{};

int main()
{
	cout << sizeof(A1) << endl;
	cout << sizeof(A2) << endl;
	cout << sizeof(A3) << endl;
}

 不应该是4 0 0 吗？

这是为什么？不知道你们有没有这样的疑问。

结论：

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；

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的对象。

8. this 指针

8.1 this指针的引出

我们先来定义一个日期类 Date

class Date
{ 
public:
     void Init(int year, int month, int day)
     {
         _year = year;
         _month = month;
         _day = day;
     }
     void Print()
     {
         cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <

对于上述类，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

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？

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 。

8.2 this指针的特性

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。

【面试题】

1. this 指针存在哪里？

this指针是函数的一个隐藏形参，既然是形参，那么便是存储在栈上的。

如果this指针出现被频繁调用的时候，编译器有可能对其进行优化，将this指针存储在ecx寄存器里。

2. this 指针可以为空吗？

可以为空，当我们不传实参调用成员函数时，其实this指针在这时便是为空。

看两个题目： 

// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:
     void Print()
     {
         cout << "Print()" << endl;
     }
private:
     int _a;
};

int main()
{
     A* p = nullptr;
     p->Print();
     return 0;
}

 我们可以看到程序时正常执行的。

因为p虽然是空指针，但是我们没有对其解引用，不会出错。

// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{ 
public:
    void PrintA() 
   {
        cout<<_a<PrintA();
    return 0;
}

 8.3. C语言和C++实现Stack的对比

1. C 语言实现

typedef int DataType;
typedef struct Stack
{
 DataType* array;
 int capacity;
 int size;
}Stack;
void StackInit(Stack* ps)
{
 assert(ps);
 ps->array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
 if (NULL == ps->array)
 {
 assert(0);
 return;
 }
 ps->capacity = 3;
 ps->size = 0;
}
void StackDestroy(Stack* ps)
{
 assert(ps);
 if (ps->array)
 {
 free(ps->array);
 ps->array = NULL;
 ps->capacity = 0;
 ps->size = 0;
 }
}
void CheckCapacity(Stack* ps)
{
 if (ps->size == ps->capacity)
 {
 int newcapacity = ps->capacity * 2;
 DataType* temp = (DataType*)realloc(ps->array, 
newcapacity*sizeof(DataType));
 if (temp == NULL)
 {
 perror("realloc申请空间失败!!!");
 return;
 }
 ps->array = temp;
 ps->capacity = newcapacity;
 }
}
void StackPush(Stack* ps, DataType data)
{
 assert(ps);
 CheckCapacity(ps);
 ps->array[ps->size] = data;
 ps->size++;
}
int StackEmpty(Stack* ps)
{
 assert(ps);
 return 0 == ps->size;
}
void StackPop(Stack* ps)
{
 if (StackEmpty(ps))
 return;
 ps->size--;
}
DataType StackTop(Stack* ps)
{
 assert(!StackEmpty(ps));
 return ps->array[ps->size - 1];
}
int StackSize(Stack* ps)
{
 assert(ps);
 return ps->size;
}
int main()
{
 Stack s;
 StackInit(&s);
 StackPush(&s, 1);
 StackPush(&s, 2);
 StackPush(&s, 3);
 StackPush(&s, 4);
 printf("%d\n", StackTop(&s));
 printf("%d\n", StackSize(&s));
 StackPop(&s);
 StackPop(&s);
 printf("%d\n", StackTop(&s));
 printf("%d\n", StackSize(&s));
 StackDestroy(&s);
 return 0;
}

2. C++ 实现

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
 void Init()
 {
 _array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
 if (NULL == _array)
 {
 perror("malloc申请空间失败!!!");
 return;
 }
 _capacity = 3;
 _size = 0;
 }
void Push(DataType data)
 {
 CheckCapacity();
 _array[_size] = data;
 _size++;
 }
 void Pop()
 {
 if (Empty())
 return;
 _size--;
 }
 DataType Top(){ return _array[_size - 1];}
 int Empty() { return 0 == _size;}
 int Size(){ return _size;}
 void Destroy()
 {
 if (_array)
 {
 free(_array);
 _array = NULL;
 _capacity = 0;
 _size = 0;
 }
 }
private:
 void CheckCapacity()
 {
 if (_size == _capacity)
 {
 int newcapacity = _capacity * 2;
 DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *
sizeof(DataType));
 if (temp == NULL)
 {
 perror("realloc申请空间失败!!!");
 return;
 }
 _array = temp;
 _capacity = newcapacity;
 }
 }
private:
 DataType* _array;
 int _capacity;
 int _size;
};
int main()
{
 Stack s;
 s.Init();
s.Push(1);
 s.Push(2);
 s.Push(3);
 s.Push(4);
 
 printf("%d\n", s.Top());
 printf("%d\n", s.Size());
 s.Pop();
 s.Pop();
 printf("%d\n", s.Top());
 printf("%d\n", s.Size());
 s.Destroy();
 return 0;
}

可以看到：

1. 在用C语言实现时，Stack相关操作函数有以下共性：

1. 每个函数的第一个参数都是Stack*；

2. 函数中必须要对第一个参数检测，因为该参数可能会为NULL；

3. 函数中都是通过Stack*参数操作栈的；

4. 调用时必须传递Stack结构体变量的地址；

5. 结构体中只能定义存放数据的结构，操作数据的方法不能放在结构体中，即数据和操作数

据 的方式是分离开的，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会

出错。

2. C++中：

通过类可以将 数据 以及 操作数据的方法 进行完美结合，通过访问权限可以控制那些方法在

类外可以被调用，即封装，在使用时就像使用自己的成员一样，更符合人类对一件事物的认

知。 而且每个方法不需要传递Stack*的参数了，编译器编译之后该参数会自动还原，即

C++中 Stack * 参数是编译器维护的，C语言中需用用户自己维护。

坚持打卡！