【C++初阶】类和对象【上】

一、认识类和对象

【C语言】【面向过程】

【C++】【面向对象】
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、类的引入

在C语言实现数据结构的时候，我们经常使用到struct定义一个结构体，但是在结构体中，只有成员变量，却没有成员函数，类中就是包括了属性和方法，既有struct中的成员函数，也有在struct外实现的函数体，我们一般用class来标识类，在后面我们会介绍到，在C++中，strcut默认的访问限定符是public（公有）,class就是strcut的升级，class中有strcut的所有功能，就是兼容于strcut，而class的默认访问限定符则是private（私有）。

如果是在C++编译器中，使用struct，也可以在struct中定义函数，编译器会默认把它当作类来处理。

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三、类的定义和访问限定符

class ClassName
{
//类体---由成员变量和成员函数组成
//访问限定符
public:
//成员函数
void Print()
{

}

private:
//成员变量
int capacity;
};

class为类的关键字，ClassName为类名 ｛｝中的是类的主体，和结构体一样，｛｝后面的分号是不能省略的。
在类中，成员函数和成员变量可以定义在任意位置，是没有限制的，因为在搜索的时候，是在整个类中搜索，对比与C语言，C语言是从上到下搜索，所以定义的顺序会有限制。
【类的访问限定符】:在类中，存在访问限定符

1、public修饰的成员在类外可以直接访问
2、protected和private在类外不可以直接访问（两者是类似的）
3、访问限定符的作用范围是：从这一次出现的时候开始，到下一次出现访问限定符的时候结束
4、（前面提到）class为public，struct默认为private

【面试题】我们都知道C++的三大特性是封装，继承和多态，那什么是封装呢？
解答：
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。

【面试题】class和struct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。

四、类的作用域和实例化

【类的作用域】
在类外进行访问类中的成员的时候，需要用到 : :作用域操作符来指明成员属于哪一个类域。

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;

【类的实例化】
我们在定义类的时候，只是对于类的声明，并没有真正地开辟空间，我们想象，定义类的时候，就像是盖房子的图纸一样，并没有实际意义上的真正的房子出现，而类的实例化就是把图纸上的内容给变成房子，让其有真正的实物产生，而反看C++中的实例化对象，我们想要存储实际的数据，我们是要占用物理空间的。

【声明和定义分离】声明和定义分离要体现类域，那么如何体现呢？

class Stack
{
public:
	void Init(int N = 4);
	void Push(int x);
private:
	int* a;
	int capacity;
	int top;
};

class Queue
{
public:
	void Init();
	void Push(int x);
private:	
};

#include"Stack.h"
void Stack::Push(int x)
{
	//...
}

void Stack::Init(int N)
{
	top = 0;
	capacity = 0;
}

void Queue::Init()
{

}

void Queue::Push(int x)
{
	//...
}

在之前C++初阶入门的时候，我们有介绍到，命名空间域的概念，在类中，也有一个类域，因为在Stack中有Init，在Queue中也有Init，这个时候，域作用限定符的作用就体现出来了。-=

五、类的大小

【问】一个类中，既有成员变量也有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么，如何计算类的大小呢？

要回答上面这个问题，我们不妨先来猜测一下，类对象在内存中是如何存储的

第一种就是，在这个类对象中，包含了类中的，不管是成员变量还是成员函数的所有成员，这样我们想到一个内存问题，如果创建了很多个类的对象，但是每个类的对象中全部都包含了同一个成员函数，一定会有很多很多的冗余，相同代码保存多次，也会占用很多内存空间，造成空间的浪费。

这种存储的方法就是，把类成员函数表的地址保存在类的对象中，这样每一个指针只会占用4/8个字节，然后只会在类成员函数表中保存一份成员函数，这样就大大减少了空间的浪费，只是需要在调用成员函数的时候，到类成员函数表中，去寻找一下成员函数。

这种方法就是把所有的成员函数都放在公共代码区，如果需要调用时候，就全部到公共代码区去找，这样就不用在类的对象中存储一个类成员函数表的地址，而是统一到公共代码区寻找成员函数。

【回答问题】
如果这样让选择的话，会选择哪一种存储方式呢？
第一种肯定是被排除的，第一种就像在每栋房子里面都放置一份健身器材，是没有必要的，但在第二种和第三种存储方式中，我们选择哪一种会更好呢？
第二种就像是在小区的某一个地方有一个健身房，每一家都给一个健身房的钥匙，并告诉路线。
第三种就是，在小区里面有一个健身房，就在那个位置，也不用给小区居民配备钥匙了，有需要的话就直接到健身房去。
很多人都会在这里抉择不定，有人会觉得第二种好，还有的会觉得第三种好，大家都知道健身房在哪里，如果还给大家钥匙，还要告诉大家路线，是会存在浪费的。
那实际的存储是什么样的呢？ 是第三种 。
为什么选择3呢？ 因为没有必要，所有的函数都放在函数表中去找，不如直接放在公共的代码区。

【计算类的大小】弄明白了上面的类里面的成员处于什么样的状态，我们很容易就能知道，类的大小是如何计算的。
跟结构体中的计算结果是一样的，也是存在内存对齐问题的，下面附上结构体的计算方法。

如果是空类的话，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。【空类的大小是一个字节】
空类的一个字节是为了标识对象存在，是为了占位。

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六、this指针

【隐含的this指针】
在类中，每个成员函数的第一个参数是隐藏的this指针
【Date日期类】

#include
using namespace std;

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;
	d1.Init(2022, 10, 21);
	d1.Print();

	Date d2;
	d2.Init(2022, 10, 22);
	d2.Print();


	return 0;
}

编译器会在这里加一个隐含的this指针，this是以关键字形式出现的，所以只能是this

//调用的时候
//相当于Print(&d1)
//Print(&d1)
void Print(Date* this)
	{
		cout << this->_year 
		<< "-" <<  this->_month 
		<< "-" <<  this->_day 
		<< endl;
	}

【this指针的特点】
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。定义和传递都是编译器的活，我们不能去抢，即传递的时候我们不能传递，但是我们可以使用。

【this指针使用】红框部分，传递和参数部分都是不需要我们给出的

【this指针特性】

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？

2、this指针可以为空吗？
答：this 指针作为参数传递时是可以为空的，但是如果成员函数中使用到了 this 指针，那么就会造成对空指针的解引用；

3、下面两段代码的运行结果是什么样的？

// 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
public:
 void Print()
 {
 cout << "Print()" << endl;
 }
private:
 int _a;
};
int main()
{
 A* p = nullptr;
 p->Print();
 return 0;
}
// 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<<endl;
   }
private:
 int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->PrintA();
    return 0;
}

【解析】第一段代码，p虽然是一个空指针，但是在调用Print函数的时候，因为Print函数在公共代码区，并不是在类中寻找的，也就是没有发生this->指针的解引用，所以，并没有对空指针进行解引用。

第二段代码，和第一段代码的前半部分是一样的，但是，在调用Print函数的时候，会使用到this->_a，这就对传过去的为空的this指针进行了解引用，所以会造成程序运行崩溃。

this指针的出现，是让编译器多干一些事情，我们少干一些事情，大大提高了我们的效率。