【c++】上万字详解c++类和对象的基础知识
目录
1.面向过程和面向对象初步认识
2.类的引入
3.类的定义
3.1类的两种定义方式：
4.类的访问限定符及封装
4.1访问限定符
5.类的作用域
6.类的实例化
7.类对象模型
7.1 如何计算类对象的大小
8.this指针
8.1 this指针的引出
8.2 this指针的特性
9.类的6个默认成员函数
10. 构造函数
10.1 概念
10.2 特性
11.析构函数
11.1 概念
11.2 特性
12. 拷贝构造函数
12.1 概念
12.2 特征
13.赋值运算符重载
13.1 运算符重载
13.2 赋值运算符重载
15.const成员
17. 再谈构造函数
17.2 初始化列表
18. Static成员
19. 友元
19.1 友元函数
19.2 友元类
20. 内部类
21.匿名对象
1.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。
2.类的引入
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：之前在数据结构初阶中，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。
3.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不能省略。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
3.1类的两种定义方式：
1. 声明和定义全部放在类体中，需注意：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。
2. 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 ::
4.类的访问限定符及封装
4.1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 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. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。5. 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
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。
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;
}6.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。
2. 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
int main()
{
Person._age = 100; // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”
return 0;
}Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有具体的年龄。
3. 做个比方。 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.类对象模型
7.1 如何计算类对象的大小
class A
{
public:
void PrintA()
{
cout<<_a< 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
8.this指针
8.1 this指针的引出
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。
8.2 this指针的特性
1. this 指针的类型：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
9.类的6个默认成员函数
如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。
- 可空类中真的什么都没有吗？
并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下 6个默认成员函数。
默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。
10. 构造函数
10.1 概念
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, 7, 5);
d1.Print();
Date d2;
d2.Init(2022, 7, 6);
d2.Print();
return 0;
}- 对于Date类，可以通过 Init 公有方法给对象设置日期，但如果每次创建对象时都调用该方法设置信息，未免有点麻烦，那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？
构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证
每个数据成员都有 一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。
10.2 特性
构造函数 是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任
务 并不是开空间创建对象，而是初始化对象。 其特征如下：
1. 函数名与类名相同。2. 无返回值。3. 对象实例化时编译器 自动调用 对应的构造函数。4. 构造函数可以重载。
关于编译器生成的默认成员函数，很多童鞋会有疑惑：不实现构造函数的情况下，编译器会
生成默认的构造函数。但是看起来默认构造函数又没什么用？ d 对象调用了编译器生成的默
认构造函数，但是 d 对象 _year/_month/_day ，依旧是随机值。也就说在这里 编译器生成的
默认构造函数并没有什么用？？
解答：C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语言提供的数据类型，如：int/char...，自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型，看看下面的程序，就会发现编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员函数。
class Time { public: Time() { cout << "Time()" << endl; _hour = 0; _minute = 0; _second = 0; } private: int _hour; int _minute; int _second; }; class Date { private: // 基本类型(内置类型) int _year; int _month; int _day; // 自定义类型 Time _t; }; int main() { Date d; return 0; }注意： C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即： 内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值 。
7. 无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。
注意：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为
是默认构造函数
11.析构函数
11.1 概念
通过前面构造函数的学习，我们知道一个对象是怎么来的，那一个对象又是怎么没呢的？
析构函数：与构造函数功能相反，析构函数不是完成对对象本身的销毁，局部对象销毁工作是由
编译器完成的。而对象在销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理工作。
11.2 特性
析构函数 是特殊的成员函数，其 特征 如下：
1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~ 。
2. 无参数无返回值类型。
3. 一个类只能有一个析构函数。若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。注意：析构
函数不能重载
4. 对象生命周期结束时， C++ 编译系统系统自动调用析构函数
5. 关于编译器自动生成的析构函数，是否会完成一些事情呢？下面的程序我们会看到，编译器
生成的默认析构函数，对自定类型成员调用它的析构函数。
class Time
{
public:
~Time()
{
cout << "~Time()" << endl;
}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
private:
// 基本类型(内置类型)
int _year = 1970;
int _month = 1;
int _day = 1;
// 自定义类型
Time _t;
};
int main()
{
Date d;
return 0;
}
// 程序运行结束后输出：~Time()
// 在main方法中根本没有直接创建Time类的对象，为什么最后会调用Time类的析构函数？
// 因为：main方法中创建了Date对象d，而d中包含4个成员变量，其中_year, _month, _day三个是
// 内置类型成员，销毁时不需要资源清理，最后系统直接将其内存回收即可；而_t是Time类对象，所以在
// d销毁时，要将其内部包含的Time类的_t对象销毁，所以要调用Time类的析构函数。但是：main函数
// 中不能直接调用Time类的析构函数，实际要释放的是Date类对象，所以编译器会调用Date类的析构函
// 数，而Date没有显式提供，则编译器会给Date类生成一个默认的析构函数，目的是在其内部调用Time
// 类的析构函数，即当Date对象销毁时，要保证其内部每个自定义对象都可以正确销毁
// main函数中并没有直接调用Time类析构函数，而是显式调用编译器为Date类生成的默认析构函数
// 注意：创建哪个类的对象则调用该类的析构函数，销毁那个类的对象则调用该类的析构函数12. 拷贝构造函数
12.1 概念
拷贝构造函数 ： 只有单个形参 ，该形参是对本 类类型对象的引用 ( 一般常用 const 修饰 ) ，在用 已存
在的类类型对象创建新对象时由编译器自动调用 。
12.2 特征
拷贝构造函数也是特殊的成员函数，其 特征 如下：1. 拷贝构造函数 是构造函数的一个重载形式 。2. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用，使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。
若未显式定义，编译器会生成默认的拷贝构造函数。 默认的拷贝构造函数对象按内存存储按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝，或者值拷贝
注意：在编译器生成的默认拷贝构造函数中，内置类型是按照字节方式直接拷贝的，而自定
义类型是调用其拷贝构造函数完成拷贝的。
注意：类中如果没有涉及资源申请时，拷贝构造函数是否写都可以；一旦涉及到资源申请
时，则拷贝构造函数是一定要写的，否则就是浅拷贝。
拷贝构造函数典型调用场景：使用已存在对象创建新对象函数参数类型为类类型对象函数返回值类型为类类型对象
为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型，返回时根据实际场景，能用引用
尽量使用引用。
13.赋值运算符重载
13.1 运算符重载
C++ 为了增强代码的可读性引入了运算符重载 ， 运算符重载是具有特殊函数名的函数，也具有其返回值类型，函数名字以及参数列表，其返回值类型与参数列表与普通的函数类似。函数名字为：关键字 operator 后面接需要重载的运算符符号 。
注意：
不能通过连接其他符号来创建新的操作符：比如operator@
重载操作符必须有一个类类型参数
用于内置类型的运算符，其含义不能改变，例如：内置的整型+，不 能改变其含义
作为类成员函数重载时，其形参看起来比操作数数目少1，因为成员函数的第一个参数为隐
藏的this
.* :: sizeof ?: . 注意以上5个运算符不能重载。这个经常在笔试选择题中出
现。
13.2 赋值运算符重载
1. 赋值运算符重载格式
参数类型：const T&，传递引用可以提高传参效率返回值类型：T&，返回引用可以提高返回的效率，有返回值目的是为了支持连续赋值检测是否自己给自己赋值返回*this ：要复合连续赋值的含义
2. 赋值运算符只能重载成类的成员函数不能重载成全局函数
原因：赋值运算符如果不显式实现，编译器会生成一个默认的。此时用户再在类外自己实现
一个全局的赋值运算符重载，就和编译器在类中生成的默认赋值运算符重载冲突了，故赋值
运算符重载只能是类的成员函数。
3. 用户没有显式实现时，编译器会生成一个默认赋值运算符重载，以值的方式逐字节拷贝 。注
意： 内置类型成员变量是直接赋值的，而自定义类型成员变量需要调用对应类的赋值运算符
重载完成赋值。
注意：如果类中未涉及到资源管理，赋值运算符是否实现都可以；一旦涉及到资源管理则必
须要实现
15.const成员
将 const 修饰的 “ 成员函数 ” 称之为 const 成员函数 ， const 修饰类成员函数，实际修饰该成员函数
隐含的 this 指针 ，表明在该成员函数中 不能对类的任何成员进行修改。
16.取地址及const取地址操作符重载
这两个默认成员函数一般不用重新定义 ，编译器默认会生成
这两个运算符一般不需要重载，使用编译器生成的默认取地址的重载即可，只有特殊情况，才需
要重载，比如 想让别人获取到指定的内容！
17. 再谈构造函数
17.1 构造函数体赋值
在创建对象时，编译器通过调用构造函数，给对象中各个成员变量一个合适的初始值。
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};虽然上述构造函数调用之后，对象中已经有了一个初始值，但是不能将其称为对对象中成员变量的初始化， 构造函数体中的语句只能将其称为赋初值 ，而不能称作初始化。因为 初始化只能初始 化一次，而构造函数体内可以多次赋值 。
17.2 初始化列表
初始化列表：以一个 冒号开始 ，接着是一个以 逗号分隔的数据成员列表 ，每个 " 成员变量 " 后面跟
一个放在括号中的初始值或表达式。
【注意】1. 每个成员变量在初始化列表中只能出现一次(初始化只能初始化一次)2. 类中包含以下成员，必须放在初始化列表位置进行初始化：引用成员变量const成员变量自定义类型成员(且该类没有默认构造函数时)
class A { public: A(int a) :_a(a) {} private: int _a; }; class B { public: B(int a, int ref) :_aobj(a) ,_ref(ref) ,_n(10) {} private: A _aobj; // 没有默认构造函数 int& _ref; // 引用 const int _n; // const };3. 尽量使用初始化列表初始化，因为不管你是否使用初始化列表，对于自定义类型成员变量, 一定会先使用初始化列表初始化。class Time { public: Time(int hour = 0) :_hour(hour) { cout << "Time()" << endl; } private: int _hour; }; class Date { public: Date(int day) {} private: int _day; Time _t; }; int main() { Date d(1); }4. 成员变量 在类中 声明次序 就是其在初始化列表中的 初始化顺序，与其在初始化列表中的先后次序无关
18. Static成员
18.1 概念
声明为 static 的类成员 称为 类的静态成员 ，用 static 修饰的 成员变量 ，称之为 静态成员变量 ；用
static 修饰 的 成员函数 ，称之为 静态成员函数 。 静态成员变量一定要在类外进行初始化
面试题：实现一个类，计算程序中创建出了多少个类对象。
18.2 特性
1. 静态成员为所有类对象所共享，不属于某个具体的对象，存放在静态区2. 静态成员变量必须在类外定义，定义时不添加static关键字，类中只是声明3. 类静态成员即可用 类名::静态成员 或者 对象.静态成员 来访问4. 静态成员函数没有隐藏的this指针，不能访问任何非静态成员5. 静态成员也是类的成员，受public、protected、private 访问限定符的限制
19. 友元
- 友元提供了一种突破封装的方式，有时提供了便利。但是友元会增加耦合度，破坏了封装，所以友元不宜多用。
友元分为： 友元函数 和 友元类
19.1 友元函数
问题：现在尝试去重载 operator<< ，然后发现没办法将 operator<< 重载成成员函数。 因为 cout 的
输出流对象和隐含的 this 指针在抢占第一个参数的位置 。 this 指针默认是第一个参数也就是左操作
数了。但是实际使用中 cout 需要是第一个形参对象，才能正常使用。所以要将 operator<< 重载成
全局函数。但又会导致类外没办法访问成员，此时就需要友元来解决。 operator>> 同理
class Date
{
public:
Date(int year, int month, int day)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
// d1 << cout; -> d1.operator<<(&d1, cout); 不符合常规调用
// 因为成员函数第一个参数一定是隐藏的this，所以d1必须放在<<的左侧
ostream& operator<<(ostream& _cout)
{
_cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};友元函数可以直接访问类的私有成员，它是定义在类外部的普通函数，不属于任何类，但需要在
类的内部声明，声明时需要加 friend 关键字。
class Date
{
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d);
friend istream& operator>>(istream& _cin, Date& d);
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
istream& operator>>(istream& _cin, Date& d)
{
_cin >> d._year;
_cin >> d._month;
_cin >> d._day;
return _cin;
}
int main()
{
Date d;
cin >> d;
cout << d << endl;
return 0;
} 说明 :
友元函数可访问类的私有和保护成员，但不是类的成员函数友元函数不能用const修饰友元函数可以在类定义的任何地方声明，不受类访问限定符限制一个函数可以是多个类的友元函数友元函数的调用与普通函数的调用原理相同
19.2 友元类
友元类的所有成员函数都可以是另一个类的友元函数，都可以访问另一个类中的非公有成员。
友元关系是单向的，不具有交换性。
比如上述 Time 类和 Date 类，在 Time 类中声明 Date 类为其友元类，那么可以在 Date 类中直接
访问 Time 类的私有成员变量，但想在 Time 类中访问 Date 类中私有的成员变量则不行。
友元关系不能传递
如果 C 是 B 的友元， B 是 A 的友元，则不能说明 C 时 A 的友元。
class Time
{
friend class Date; // 声明日期类为时间类的友元类，则在日期类中就直接访问Time类
中的私有成员变量
public:
Time(int hour = 0, int minute = 0, int second = 0)
: _hour(hour)
, _minute(minute)
, _second(second)
{}
private:
int _hour;
int _minute;
int _second;
};
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
void SetTimeOfDate(int hour, int minute, int second)
{
// 直接访问时间类私有的成员变量
_t._hour = hour;
_t._minute = minute;
_t._second = second;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
Time _t;
};20. 内部类
概念： 如果一个类定义在另一个类的内部，这个内部类就叫做内部类 。
内部类是一个独立的类，
它不属于外部类，更不能通过外部类的对象去访问内部类的成员。外部类对内部类没有任何优越
的访问权限。
注意：内部类就是外部类的友元类，参见友元类的定义，内部类可以通过外部类的对象参数来访问外部类中的所有成员。但是外部类不是内部类的友元。
特性：
1. 内部类可以定义在外部类的public、protected、private都是可以的。
2. 注意内部类可以直接访问外部类中的static成员，不需要外部类的对象/类名。
3. sizeof(外部类)=外部类，和内部类没有任何关系。
class A
{
private:
static int k;
int h;
public:
class B // B天生就是A的友元
{
public:
void foo(const A& a)
{
cout << k << endl;//OK
cout << a.h << endl;//OK
}
};
};
int A::k = 1;
int main()
{
A::B b;
b.foo(A());
return 0;
}21.匿名对象
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a(a)
{
cout << "A(int a)" << endl;
}
~A()
{
cout << "~A()" << endl;
}
private:
int _a;
};
class Solution {
public:
int Sum_Solution(int n) {
//...
return n;
}
};
int main()
{
A aa1;
// 不能这么定义对象，因为编译器无法识别下面是一个函数声明，还是对象定义
//A aa1();
// 但是我们可以这么定义匿名对象，匿名对象的特点不用取名字，
// 但是他的生命周期只有这一行，我们可以看到下一行他就会自动调用析构函数
A();
A aa2(2);
return 0;
}