C语言结构体中只能定义变量,在C++中,结构体升级成类内不仅可以定义变量,也可以定义函数。比如:之前在数据结构初阶中,用C语言方式实现的栈,结构体中只能定义变量;现在以C++方式实现,会发现struct中也可以定义函数。
Cpp代码演示:
struct Stack
{
//函数
void Init()
{
a = nullptr;
capacity = top = 0;
}
void Push(int x)
{
a[top] = x;
top++;
}
// ....其他函数
//变量
int* a;
int top;
int capacity;
};
但在CPP中更喜欢用class来代替struct,接下面我们来看看class用法(后面会介绍两者区别)。
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:
C++通常是将对象和方法封装到一起,通过访问权限的选择性将接口提供给外部用户。 而访问权限分为以下3种:
【访问限定符说明】:
Tips: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
【经典面试题】:C++中struct和class的区别是什么?
答案: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。
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。
但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。
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。(类和其他作用域不同,编译时它是一个整体,定义变量时可以在任何地方,编译器会在类的作用域种全局查找)
【代码演示】:
class Date
{
public:
void Print();
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
//类体外定义成员函数
void Date::Print()
{
cout << "_year" << "_month" << "_day" << endl;
}
用类的类型创建对象的过程,称为类的实例化。
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。但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。
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。
我们先来看看这段代码,求类和对象的大小。
class A
{
public:
void PrintA()
{
cout<<_a<<_i<<_d<<endl;
}
private:
char _a;
int _i;
double _d;
};
类中既可以有成员变量,又可以有成员函数。这里先说下成员变量和结构体的计算规则是一样的,但成员函数呢?
由于每个对象中成员变量是不同的,但是调用同一份函数,如果按照普通函数方式存储,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,造成空间浪费。因此,在C++中,对于类我们只保存成员变量,而成员函数存放在公共的代码段。
// 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
{};
求:sizeof(A1) : ______ sizeof(A2) : ______ sizeof(A3) : ______(结果:4、1、1)
解析: A1的大小为4byte毫无疑问。但A2中仅有一个函数位于公共代码区不算大小,A3更绝空类。对于这种特殊情况,C++定义其大小为1byte(占位,不存储数据,仅仅表示对象存在过)
总结: 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。(表示占位,不存储数据,仅仅表示对象存在过)
【经典面试题】:
- 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?
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 << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1, d2;
d1.Init(2022, 1, 11);
d2.Init(2022, 1, 12);
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}
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。
【面试题】:
- this指针存在哪里?
- this指针可以为空吗?
答案: this指针存在栈区。this指针不可以为空。因为this指针是一个隐含的参数,它指向当前对象的地址。当我们在类的成员函数内部使用this指针时,它指向调用该函数的对象。由于每个对象都有自己的地址,因此this指针始终指向一个有效的对象。
我们在来看看腾讯的这道面试题:
// 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
{
void Print()
{
cout << "Print()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->Print();
return 0;
}
//解析:本题主要在于P是否真的进行了空指针的解引用。
// 由于p指向的成员变量,但Print函数实际存在公共代码区(和全局变量类似)
// 所以实际上编译器是不会对p进行解引用。而是直接去符号表中查找Print函数地址。所以答案为C
// 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;
}
//解析:这上面一样,编译器不会对p进行空指针的解引用,而是将p作为this指针传给PrintA函数。
// 而PrintA函数中,需要通过this(即p的形参)解引用指向_a,对空指针进行非法行为,运行崩溃