C++之类和对象——上篇
目录
一. 面向过程和面向对象初步认识
二. 类的引入
三. 类的定义
四. 类的访问限定符及封装
1. 访问限定符
2. 封装
五. 类的作用域
六. 类的实例化
七. 类对象模型
1. 计算类对象的大小
2. 类对象的存储方式
3. 结构体内存对齐规则
八. this指针
1. this指针
2. this指针的特性
一. 面向过程和面向对象初步认识
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。
二. 类的引入
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。
//用struct创建类，在变量前加_是习惯，以示区别
struct Student
{
//成员函数
void SetStudentInfo(const char* name, const char* gender, int age)
{
strcpy(_name, name);
strcpy(_gender, gender);
_age = age;
}
//成员函数
void PrintStudentInfo()
{
cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
}
//成员变量，这里的成员变量可以在任意位置，因为在寻找成员变量时是在这个类型里寻找
char _name[20];
char _gender[3];
int _age;
};
int main()
{
Student s;
s.SetStudentInfo("Peter", "男", 18);
return 0;
}上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替
三. 类的定义
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。
类的两种定义方式：
- 声明和定义全部放在类体中
- 声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中
注意：成员函数如果在类中定义，编译器会默认将其当成内联函数处理。
一般情况下，更期望采用第二种方式。但是需要注意以下的问题：
定义声明分离，属于类域里的函数，需要指定作用域
总结：短小函数在类里定义，代码长的函数定义和声明分离
四. 类的访问限定符及封装
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。
访问限定符：public（公有），protected（保护），private（私有）
【访问限定符说明】
1. public修饰的成员在类外可以直接被访问
2. protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处封装protected和private是类似的)
3. 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
4. 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
C++中struct和class的区别是什么？
C++需要兼容C语言，所以C++中struct可以当成结构体去使用。另外C++中struct还可以用来定义类。 和class是定义类是一样的，区别是struct的成员默认访问方式是public，class是的成员默认访问方式是private。
2. 封装
面向对象的三大特性：封装、继承、多态。
在类和对象阶段，我们只研究类的封装特性，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：我们使用类数据和方法都封装到一下。不想给别人看到的，我们使用protected/private把成员封装起来。开放一些共有的成员函数对成员合理的访问。所以封装本质是一种管理。（封装使程序低耦合）
五. 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，需要使用 :: 作用域解析符指明成员属于哪个类域。
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<六. 类的实例化
用类类型创建对象的过程，称为类的实例化
- 类只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
- 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
定义了一个类后，里面的成员变量只是处于声明状态，只是告诉你有这个变量，并没有被定义，没有被定义自然也就没有被分配空间，只有如下图用类类型创建了对象，才算是被定义了，而且是作为st的一部分被定义了，给成员变量开辟了空间
七. 类对象模型
1. 计算类对象的大小
class A
{
public:
void PrintA()
{
cout<<_a<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？
这里需要联想到学的结构体内存对齐。
2. 类对象的存储方式
只保存成员变量，成员函数存放在公共代码段
我们通过对下面的不同对象分别获取大小来分析：
// 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{
};
结论：一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”大小之和，由于用类创建的对象调用的函数都是同一个函数，成员函数不算进类大小的计算，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。
3. 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。
具体内容看这个：结构体内存对齐
思考这几个问题：
1. 结构体怎么对齐？ 为什么要进行内存对齐？结构体内存对齐
2. 如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐？结构体内存对齐
3. 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？大小端判断
八. this指针
1. this指针
我们先来定义一个日期类Date
class Date
{
public :
void Display ()
{
cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <对于上述类，有这样的一个问题：
Date类中有SetDate与Display两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当s1调用SetDate函数时，该函数是如何知道应该设置s1对象，而不是设置s2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。
2. this指针的特性
（1）this指针的类型：类的类型* const
（2）只能在“成员函数”的内部使用
（3）this指针本质上其实是一个成员函数的形参，是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，不能由用户传递
思考两个问题：
1. this指针存在哪里？（栈，堆，静态区，常量区里的哪一块区域？）
其实上述日期类里的函数会被编译器处理成这样了：
注意：这里访问的成员变量不是类里的成员变量！！！访问的是对象里的成员变量，类里的成员变量只是声明，对象里的才是定义了的成员变量！！！
通过以下方法证明了的确是像上面那样：
发现函数里的this居然和外面对应的d1和d2一样！
而且访问的时候可以写出来！只有在实参和形参处不能写出来，不会报错，因为编译器编译时会自己加上（确实智能）
通过下图可以证明this确实本身不能修改，被const修饰，但是指向的对象可以被修改：
经过一系列推导，我们会发现this指针是函数作为函数参数，也就是说this存在于函数栈帧，this指针也就是存储在栈区
但是this并不是一定都是存储在栈区，有些编译会使用寄存器优化，this指针会存储在寄存器里，如下图：
本来这里应该把this的地址也压栈的，但是这里并没有，反而使用了ecx寄存器来存储，为方便后续可能要频繁的访问this指针，寄存器访问速度最快
2. this指针可以为空吗？
先来看两个程序，下面程序能编译通过吗？下面程序会崩溃吗？在哪里崩溃？
程序一：
class C
{
public:
void PrintC()
{
cout<<_a<Show();
return 0;
}
这个程序是正常运行的：
通过上面this指针的特性，我们会发现，函数传参这里本来应该是还有一个隐藏的参数，那就是对象的地址，但这里的指针就是对象的地址，所以这里是直接把指针给传过去的：
但是为什么会正常运行？这里不是把p传给了show函数访问了空指针吗？
我们把代码修改一下：
class C
{
public:
void PrintC()
{
cout << _a << endl;
}
void Show()
{
cout << "Show()" << endl;
}
public:
int _a;
};
int main()
{
C* p = nullptr;
//p->PrintC();
p->Show();
p->_a = 10;
return 0;
}此时运行该代码程序就崩溃了：
这个时候就会突然想起一个问题，在这个对象里，成员函数并没有在对象里，成员函数存储在公共的代码区里面，只有成员变量存储在对象里，这就解释了为什么我们访问成员变量会崩溃，因为我们访问了空指针，为什么访问成员函数没有崩溃，因为我们压根没有访问空指针这块内存，我们访问的公共代码区里的内存
以下是调试下this指针的值：
随之而解决了另一个问题，this指针可以为空！虽然this指针不能被修改，但是在初始化时，就可以被赋值为空指针，这里就是典型的this指针为空的情况。
程序二：
class C
{
public:
void PrintC()
{
cout << _a << endl;
}
void Show()
{
cout<<"Show()"<PrintC();
return 0;
}
事实上，当运行后发现程序崩溃了：
这里可能会想，这里不是访问成员函数吗？我们访问成员函数不是没有访问空指针吗？其实不然，虽然这里确实是访问了成员函数，这里程序崩溃也不是因为访问了成员函数，因为访问成员函数本来就没访问到空指针，真正崩溃的地方其实应该是下面这个图的这个地方
这里这个图其实应该被编译器处理成这样：
我们访问成员函数确实没有访问空指针，但是在成员函数里访问成员变量就访问到了空指针，导致了程序崩溃。