【C++入门】类和对象（上）
文章目录
- 一、面向过程和面向对象简单认识
- 二、类
-
- 1. 引入
- 2. 定义
- 3. 访问限定符
- 4. 封装
- 5. 类的作用域
- 6. 类的实例化
- 7. 计算类对象的大小
- 8. this指针
一、面向过程和面向对象简单认识
C语言是面向过程的，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
C++是面向对象的，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
二、类
1. 引入
C语言结构体中只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。
比如：在数据结构中，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。
#include 2. 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
class为定义类的关键字，ClassName为类的名字， {}中为类的主体
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。注意：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。
//声明和定义全部放在类体中
class Student {
public:
//显示基本信息
void showInfo() {
cout << _name << "" << _sex << "-" << _age << endl;
}
public:
char* _name;//姓名
char* _sex;//性别
int _age;// 年龄
};
- 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::
Student.h
Student.cpp
3. 访问限定符
- 3.1 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
说明：
- 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
- 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 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
- 问题：C++中struct和class的区别是什么？
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，这里暂不解释。
4. 封装
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
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。
6. 类的实例化
用类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
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，实例化出的对象会占用实际的物理空间，存储类成员变量
int main()
{
Student._age = 18; // 编译失败
return 0;
}
Student类是没有空间的，只有Student类实例化出的对象才有具体的年龄
- 打个比方。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
7. 计算类对象的大小
类中既可以有成员变量，又可以有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？如何计算一个类的大小？类对象的存储方式是怎样的？
类对象的存储方式猜测：
- 对象中包含类的各个成员
缺陷：每个对象中成员变量是不同的，但是调用同一份函数，如果按照此种方式存储，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，浪费空间。那么如何解决呢？
- 代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址
- 只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段
对于上述三种存储方式，那计算机到底是按照那种方式来存储的？
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。
回顾一下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。
【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
如果上述问题答不上来，可以看看我的另一篇博客找寻答案：结构体内存对齐
8. this指针
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 << endl;
}
private:
int _year; //年
int _month; //月
int _day; //日
};
int main()
{
Date d1, d2;
d1.Init(2022, 1, 1);
d2.Init(2022, 2, 1);
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}
对于上述类，有如下的问题：
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。
- 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？
答：编译器在生成程序时加入了获取对象首地址的代码。并把这个地址放在ecx寄存器中（vc++编译器）。成员函数的其他参数正常都是存放在栈中，而this指针参数存放在寄存器中。类的静态成员函数没有this指针参数，所以类的静态成员函数无法访问非静态成员变量。
２．this指针可以为空吗？
答：可以为空。当我们调用函数时，如果函数内部不需要使用 this指针，即不需要通过 this指针指向当前对象并对其进行操作时可以为空。
- 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;
}
- 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;
}
答案：Ｃ Ｂ