【C++入门】浅谈类、对象和 this 指针

一、前言

在 C 语言中，我们用结构体来描述一个事物的多种属性。

struct person
{
	int age;
	char name[10];
};

而 C++ 则引入了类，相比结构体内只能定义变量，类还可以定义函数。
下面声明一个类，类名为person：

//class关键字
class person
{
	void init(...)
	{
		...
	}

	int age;
	char name[10];
};

上面代码只是类的声明，没有占用实际的空间。
用类创建对象，称作类的实例化。
实例化的对象才会占用实际的物理空间。

创建对象：类名 + 对象名
例子：

person a;

上述代码创建了一个person类的对象a，对象才占有实际空间。

而 C 语言中的struct关键字，在 C++ 中也升级成了类，不过 C++ 中的struct关键字依然兼容 C语言的结构体写法。

//C++ 中的类
struct person
{
	void init(...)
	{
		...
	}

	int age;
	char name[10];
};
//创建一个person类的对象b
person b;

//C 语言中的结构体
struct person
{
	int age;
	char name[10];
};
//创建一个结构体变量c
struct person c;
//也可以这样写，此时person被看作一个类
person c;

二、类

1. 基本概念

类中的内容称为成员。
类中的变量称为属性或成员变量，类中的函数称为方法或成员函数。

2. 类的封装

C++ 中的类是用于实现封装的，封装是面向对象的三大特性之一，简单来说，封装就是将对象的属性和方法有机结合，隐藏内部实现细节，仅对外提供接口用于交互。就像电脑主机内部封装了各种硬件的实现细节，仅提供开机按钮、鼠标和键盘等让用户和计算机交互。
如何隐藏内部实现细节呢，C++ 提供了三个访问限定符，public、private、protected。
public修饰的成员可以在类外访问，private和protected修饰的成员不能在类外访问。
class的默认访问权限为private，struct为public。

3. 使用习惯

成员函数定义习惯

第一种是成员函数的声明和定义都在类中。

class person
{
public:
	void print()
	{
		...
	}
private:
	int age;
	char name[10];
};

需要注意的是，这种方式的成员函数定义在类中，编译器可能会将其当作内联函数处理。

另一种则是成员函数的声明在类中（类在头文件声明），定义体在类外（cpp文件）。一般建议使用这种方式。

//person.h
class person
{
public:
	void print();
	
private:
	int age;
	char name[10];
};

//person.cpp
void person::print()//注意要加 person::
{
	...
}

一个类就是一个新的作用域（事实上，C++ 中一对大括号就是一个域），类的所有成员都在类的域中，因此在类外定义类的成员函数时，函数名前要加类名::。

成员变量命名习惯

一般会给变量名加个前缀或后缀，用于区分成员变量和成员函数形参。

例子：

class person
{
public:
	void init(int age, char name[])
	{
		...
	}
private:
	int _age;       //或 mAge
	char _name[10]; //或 mName
};

三、对象

1. 基本概念

简单来说，类是对一类事物的抽象描述，只是一个声明，不占物理空间。而类的对象就是类的一个实例化，是真实存在在内存空间的。

2. 类对象的存储规则

一个类对象在内存中只会存储它的成员变量，成员函数则是放在公共代码区，供类的所有对象使用。

那么如何计算sizeof类对象的大小呢？
事实上，类对象的大小等价于类的大小，因为sizeof是根据类型确定大小的。
而类对象中只存储它的成员变量，因此只需计算类的所有成员变量所占空间的大小即可。
与 C 语言中计算结构体的大小相同，计算类的大小也要考虑内存对齐的规则，具体可以参考这篇文章：传送门

另外，空类比较特殊（包括没有成员变量的类，因为成员函数是存在公共代码区的，不参与类大小的计算），空类的大小不是 0，编译器会给空类 1 个字节来唯一标识这个类的对象，因此空类的大小是 1 。

四、this 指针

1. 基本概念

在对象调用成员函数的时候，编译器会自动给函数传递对象的地址，当作被调函数的一个指针形参，这个指针就叫做this指针。该指针用于在成员函数中访问对象的成员变量。（由上文可知，对象只会存储自己的成员变量，成员函数时放在公共代码区的）

事实上，编译器给每个非静态的成员函数都隐藏了一个this指针参数。相比于 C 语言，调用成员函数时，我们不用自己传递对象的地址，编译器会帮我们完成。

2. 注意事项

this指针本质是一个常量指针，不能修改指向。

由于this指针是对象调用成员函数时，成员函数隐藏的一个指针形参，所以this指针的作用域是成员函数内部。

对象调用成员函数时，对象的地址作为实参传递给this形参。而作为一个形参，this指针应当存在函数栈帧中，有的编译器为了提高效率也会把this指针存在寄存器。

3. 经典习题

//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;
}

本题结果为正常运行。

在本题中，对象地址为空，所以对象调用成员函数的时候，传给成员函数this形参的是空指针。由于成员函数是存在公共代码区的，而不是存在对象中，所以对象地址为空并不影响调用成员函数。本题的成员函数内部，并没有对this形参的解引用，因此不存在对空指针解引用的问题，所以程序正常运行。

tips：程序里有空指针，编译是不会报错的，最多就是警告。所以我们写代码如果不小心对空指针解引用，编译是不会报错的，但是运行程序的时候就会崩溃。

//2.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 << endl;
	}
private:
	int _a;
};

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

本题结果为运行崩溃。

本题与上题的唯一区别在于，本题的成员函数内部访问了对象的成员变量，因此存在对this指针的解引用。而对象的地址为空，所以传给成员函数的this形参是空指针，因此出现了对空指针解引用的行为，程序运行崩溃。

4. 常见面试题

综上，我们就能回答两个常见的面试题。

this指针存在哪里：
this指针作为成员函数隐藏的形参，存在函数栈帧中，也有可能存在寄存器。

this指针可以为空吗：
可以，但是成员函数内不能访问对象的成员变量，即不能对this指针解引用。