C++——类与对象

---

一、类的定义

首先我们举一个很常见的例子：钟表，时钟类的定义如下：

class Clock
{
public:
    void SetTime(int newH,int newM,int newS);
    void ShowTime();

private:
    int hour,minute,second;
};

这里，封装了时钟的数据和行为，分别称为Clock类的数据成员和函数成员，定义类的语法形式如下：

class 类名称
{
public:
    外部接口;
protected:
    保护型成员;
private:
    私有成员;
};  

其中public, protected,private分别表示对成员的不同访问权限。
Notes:在类中可以声明函数的原型，函数的实现可以在外部。

二、类成员的访问控制

类的成员包括数据成员以及函数成员，分别描述问题的属性以及行为。
对类成员访问权限的控制，是通过设置成员的访问控制属性而实现的，访问属性有一下3种:

公有类型（public）、私有类型(private)和保护类型（protected）。

2.1 Public类型

公有类型成员定义了类的外部接口。公有成员用public关键字声明，在类的作用域外只能访问类的共有成员。对于时钟的例子，外部只能调用SetTime()和ShowTime()这两种公有类型。

2.2 Private类型

在关键字private后面声明的就是类的私有成员。如果私有成员紧接着类名称，则关键字private可以被省略。私有成员只能被本类的成员函数访问，来自类外部的任何访问都是非法的。对于时钟的例子，hour、minute和second都是私有成员。

2.3 Protected类型

保护类型成员的性质和私有成员的性质相似，其差别在于继承过程中对产生的新类影响不同(本篇文章不做探究)

Notes:一般情况下，一个类的数据成员都应该声明为私有成员，这样，内部数据结构就不会对该类以外的其余部分造成影响。

Notes：在书写时通常习惯将公有类型放在前面，这样便于阅读，因为它们是外部访问时所要了解的。

Notes：在类的定义中，修饰访问属性的关键字可以出现多次。但是一个成员只能具有一种访问属性。例如：

class Clock
{
public:
    void SetTime(int newH,int newM,int newS);

private:
    int hour,minute,secondl
public:
    void ShowTime();
};

三、类的成员函数

类的成员函数描述的是类行为，例如时钟的SetTime()和ShowTime()。成员函数是程序算法的实现部分，是对封装的数据进行操作的方法。

3.1 成员函数的实现

函数的原型声明要写在类体中，原型说明了函数的参数表和返回类型。而函数的具体实现是可以写在类定义之外的。与普通函数不同的是，实现成员函数时要指明类的名称，具体形式为：

返回值类型  类名::函数成员名(参数表)
{
    //函数体
}

3.2 带默认形参数值的成员函数

类的成员函数也可以有默认形参值，其调用规则与普通函数相同，类成员函数的默认值，一定要写在类定义中，而不能写在类定义之外的函数实现中，例如：

class Clock
{
public:
    void SetTime(int newH=  0,int newM = 0,int newS = 0);
    ....
};

这样，如果调用函数时没有给出实参，就会按照默认按照默认形参值将时钟设置到了0点。

四、类的对象大小的计算

一个类的大小，实际就是该类中"成员变量"之和，当然也要内存对齐，例如：

#include 
using namespace std;
class A1
{
public:
    void Fun1()
    {}

private:
    int a,b;
};

class A2
{
public:
    void Fun2()
    {}
};

class A3
{};

int main()
{
    std::cout<<"A1 = "<< sizeof(A1)<<endl;
    std::cout<<"A2 = "<< sizeof(A2)<<endl;
    std::cout<<"A3 = "<< sizeof(A3)<<endl;
    return 0;
}

A1 = 8,A2 = 1,A3 = 1;
Notes：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。

五、类成员函数this指针

5.1 this指针的引出

我们先看一段代码：

using namespace std;
class Clock
{
public:
    void SetTime(int newH = 0,int newM = 0,int newS = 0)
    {
        hour = newH;
        minute = newM;
        second = newS;
    }
    void ShowTime()
    {
       
    }

private:
    int hour,minute,second;
};

int main()
{
    Clock myclock_1,myclock_2;
    myclock_1.SetTime(12,12,12);
    myclock_2.SetTime(0,0,0);
    myclock_1.ShowTime();
    myclock_2.ShowTime();
    return 0;
}

那么思考这样一个问题：Clock类中有SetTime()和ShowTime()两个函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那么为何当myclock_1调用SetTime()函数时，函数是怎么知道应该设置myclock_1对象，而不是myclock_2对象呢？

C++中通过引入this指针解决上上述问题: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，在函数体中所有成员变量的操作都是通过this指针去访问，用户不需要去传递，编译器自动完成。

Notes：

class A1
{
public:
    void Fun(int a)
    {
        b = a;
        this -> b = a;
        (*this).b = a;
    }

private:
    int b;
};

上述3种表示方式是等价的。

Notes：this指针只能在类的成员函数中调用，第一个成员函数的默认参数为：*T const register this , 如： class A{public: int func(int p){}}; 其中，func的原型在编译器看来应该是： int func(A const register this, int p);*它表示当前函数的地址。this指针一般放在成员函数的第一个参数列表中。

5.2 回答几个问题:

1.this指针存在哪里？
答：编译器在生成程序时加入了获取对象首地址的相关代码。并把获取的首地址存放在了寄存器ECX中(VC++编译器是放在ECX中，其它编译器有可能不同)。也就是成员函数的其它参数正常都是存放在栈中。而this指针参数则是存放在寄存器中。

2.this指针可以为空吗？
答： 可以为空，当调用函数时，如果函数内部不需要使用到this,也就是不需要通过this指向当前对象并对其进行操作时才可以为空。

3.this指针是什么时候创建的?
答：this在成员函数的开始执行前构造的，在成员的执行结束后清除。

4.this指针如何访问类中变量的? 如果不是类，而是结构的话，那么，如何通过结构指针来访问结构中的变量呢？
答：在C++中，类和结构的区别是：类的成员默认是private，而结构是public。 this是类的指针，如果换成结构，那this就是结构的指针了。

六、对象

如果将类看作是一个自定义的类型，那么类的对象就可以看作
是该类型的变量。声明一个对象和声明一个一般变量相同，采用以下的方式：

类名 对象名;

例如:
Clock myclock;

就声明了一个时钟类型的对象myclock。

定义了类及其对象，就可以访问对象的成员，这种访问方式采用的是“ . ”操作符，访问数据的一般形式为:

对象名.数据成员名

调用函数成员的一般形式为：
对象名.函数成员名（参数表）

例如，访问类Clock的对象myclock的函数成员ShowTime（）的方式如下：

myclock.ShowTime()

在类的外部只能访问到类的公有成员，在类的成员函数中，可以访问到类的全部成员。