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++是基于面向对象的,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。
C++是在C语言的基础上增加面向对象的思想
所以C++是基于面向对象的(既有面向过程,也有面向对象,因为C++兼容C语言)
扩展:java是一门纯面向对象的语言
面向过程和面向对象不是一门编程语言,而是一种解决问题的思路
观察下方代码的区别。
在C语言中:
//C
struct Student
{
char name[20];
int age;
int id;
};
int main()
{
struct Student s;
strcpy(s.name, "小情兽");
s.age = 18;
s.id = 11;
}
在C++中:
//C++
struct Student
{
//成员变量
char _name[20];
int _age;
int _id;
//成员函数
void Init(const char* name, int age, int id)
{
strcpy(_name, name);
_age = age;
_id = id;
}
void Print()
{
cout << _name << endl;
cout << _age << endl;
cout << _id << endl;
}
};
int main()
{
Student s1;
Student s2; //类名可以直接作类型使用
s1.Init("张三", 19, 1);
s1.Print();
s2.Init("李四", 18, 2);
s2.Print();
}
从上述代码可以看出,在C语言中,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。
我们可以看出上面是结构体的定义方式,在C++中更喜欢用class来代替。
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。
类中的元素即变量和函数都称为类的成员:类中的数据称为类的属性或者成员变量; 类中的函数称为类的方法或者成员函数
到这我们可以明白,C++定义类可以用两个关键字:class和struct。
原因是C++兼容C里结构体的用法,同时结构体(struct)在C++中也升级成了类,类名可以直接作类型使用。类与结构体不同的地方在于,类中不仅可以定义变量,还可以定义方法或称函数。
那用这两中关键字定义的类有什么区别呢?
用class定义的类和struct定义的类在访问限定权限上稍有不同。在下方进行讲解。
C++共有三个访问限定符,分别为公有public,保护protect,私有private。
访问限定符说明:
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
了解了C++中的限定符的作用,那我们回答下面的面试题就不难了。
【面试题】
问题:C++中struct和class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。
封装的意义就在于规范成员的访问权限,更好的管理类的成员,一般在定义类的时候,建议明确定义访问限定符,不要用class/struct默认限定。
class Student
{
private:
//成员变量
char _name[20];
int _age;
int _id;
public:
//成员函数
void Init(const char* name, int age, int id)
{
strcpy(_name, name);
_age = age;
_id = id;
}
void Print()
{
cout << _name << endl;
cout << _age << endl;
cout << _id << endl;
}
};
面向对象三大特性是封装、继承和多态。
面向对象编程讲究个“封装”二字,封装体现在两方面,一是将数据和方法都放到类中封装起来,二是给成员增加访问权限的限制。
封装定义: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。
class Stack
{
public:
void Init()
{
_a = nullptr;
_top = _capacity = 0;
}
void Push(int x)
{
}
int Top()
{
assert(_top > 0);
return _a[_top - 1];
}
private:
//成员变量
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack st;
st.Init();
st.Push(1);
st.Push(2);
int top = st.Top();
}
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。
类定义的方式有两种:
1.声明和定义全部放在类体中,需要注意: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。
参考上方的代码,上方代码,成员函数均在类中定义。
2.在类体外定义成员,需要使用 : : 作用域解析符指明成员属于哪个类域。
class Student
{
private:
//成员变量
char _name[20];
int _age;
int _id;
public:
//成员函数
void Print();
};
//在类外定义成员函数时,需要使用域作用限定符::指明该成员归属的类域
void Student::Print()
{
cout << _name << endl;
cout << _age << endl;
cout << _id << endl;
}
用类类型创建对象的过程,称为类的实例化
类和对象的关系,就与类型和变量的关系一样,可以理解为图纸和房子的关系。
//类的实例化
//用类类型创建对象的过程,称为类的实例化
//1. 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; -- 相当于只是一个声明
//并没有为这个类开辟空间,只是相当于一个声明 例如 int i;--并没有为其开辟空间,为int i = 0;才开辟了空间
class Stack // 类型
{
public:
void Push(int x)
{
// Init();
//...
}
void Init(int N = 4)
{
// ...
top = 0;
capacity = 0;
}
private:
int* a; // 声明
int top;
int capacity;
};
int main()
{
Stack st;//实例化一个类对象 -- 这才为其开辟了空间
//可以实例化多个对象
Stack st2;
Stack st3;
return 0;
}
既然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呢?
我们学过C语言结构体可以知道,计算结构体大小需要考虑内存对齐,那C++中是如何计算类的大小呢?我们先看下方举例:
class Stack
{
public:
void StackInit();
void StackDestroy();
void StackPush();
void StackPop();
int StackSize();
bool StackEmpty();
private:
int* _a;
int _top;
int _capacity;
};
int main()
{
Stack s;
cout << sizeof(Stack) << endl;
cout << sizeof(s) << endl;
}
上方计算大小是多少呢?我们看运行结果:
我们可以看出此类的大小为12,按照结构体内存对齐规则,我们可以知道,计算类的大小只计算了成员变量的大小总合,所以:
结论:计算类或者类对象大小,只看成员变量,需考虑内存对齐,C++内存对齐规则跟C结构体一致
我们从上方知道,计算一个类的大小只看成员变量,那么一个类的对象中包含了什么?类对象如何存储?
我们可以思考一下,如果类成员函数也存放在对象中,实例化多个对象时,各个对象的成员变量相互独立,但调用的成员函数都是同一个,相同的代码存储多份浪费空间。
因此,C++对象中仅存储类变量,成员函数存放在公共代码段。
既然了解了类对象的存储方式,接下来看看下面类的大小吧:
// 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
{};
sizeof(A1) : 4
sizeof(A2) : 1
sizeof(A3) : 1
看到结果我们可能就有些疑惑了,为什么A2和A3是1呢?
因为空类会给1byte,这个1byte不存储有效数据,只是为了占位,表示对象存在。
空类的大小若为0,相当于内存中没有为该类所创对象分配空间,等价于对象不存在,所以是不可能的。
总结:一个类的大小,实际就是该类中”成员变量”之和,当然也要进行内存对齐,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。
我们首先来定义一个日期类:
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
//year = year;//错误的,就近原则,成员变量没有被初始化
//1.
_year = year;
//2.
Date::month = month;
//3.
this->day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "-" << month << "-" << day << endl;
}
private:
int _year;
int month;
int day;
};
我们在定义类的时候,需要注意的是:如果成员变量与形参重名时,则在Init函数中赋值就会采用就近原则,优先使用形参从而导致成员变量没有被初始化,这种问题有三种解决方案,如下:
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, 1, 15);
d1.Print();
Date d2;
d2.Init(2022, 1, 16);
d2.Print();
return 0;
}
我们观察代码,发现定义了两个对象,而在上方我们讲到,类对象中只有成员变量,而成员函数是存放在公共代码区的。
既然如此,那我们定义两个对象,当两个对象分别去调用成员函数时,它是怎么进行区分的呢?比如:当d1调用Print函数时,该函数是如何知道打印d1对象,而不是打印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this指针,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
其实我们在调用成员函数时,编译器会对成员函数进行处理,如下:
如图所示,在传参时隐藏地传入了对象的指针,形参列表中也对应隐藏增加了对象指针,函数体中的成员变量前也隐藏了 this 指针。
this是C++的一个关键字,指向当前对象的指针。
请看下面例题:1和2哪个会出现问题,出什么问题?
class A
{
public:
void Show()
{
cout << "Show()" << endl;
}
void PrintA()
{
cout << _a << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
//1.
p->Show();
//2.
p->PrintA();
}
分析:
1、p虽然是空指针,但是p调用成员函数不会编译报错,因为空指针不是语法错误,编译器检查不出来。
2、p虽然是空指针,但是p调用成员函数也不会出现空指针访问。因为成员函数没有存在对象里面。
3、两者只是把p作为实参传递给隐形this指针。
由于调用Show()函数没有访问对象中的内容,不存在访问空指针的问题。
调用PrintA()函数时,由于此时this指针为空,在进行输出时,会访问对象中的成员变量_a,此时就对空指针进行了解引用,所以访问空指针程序崩溃。