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前言：

本章知识点： 类对象模型、 this 指针

专栏： C++初阶

目录

类对象模型

如何计算类对象的大小

类对象的存储方式猜测

结构体内存对齐规则

this指针

this指针的引出

this指针的特性

C语言和C++实现Stack的对比

C语言实现

C++实现

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类对象模型

如何计算类对象的大小

代码演示

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;

	cout<< sizeof(Date)<

        Date类实例化了一个d1对象，分别求出它们占用的字节大小，是多少？

为什么结果都是12？

解析：对于Date来说，它也是一个数据类型，那么算类型大小，就是算这个类型的对象，实例化出来有多大。

        所以说,sizeof(类名)，就相当于算该类的实例化对象有多大，即算类的大小就是算对象的大小。

       

问题：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？看下文。

类对象的存储方式猜测

• 设计方式一：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？
 

•  设计方式二：代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址

•  设计方式三：只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

问题：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？

采用方式三，两种证明思路：

        思路一：对于猜测一，再重新看上面的代码，右击打开反汇编：

       由d1和d2两个不同的对象分别调用Init()和Print()，可以右边汇编代码看到 红色(Init)和 蓝色(Print)框里面的值(地址值)分别对应相等，说明什么？说明不同对象在调用同一个类里的同一个成员函数，它们调用的都是同一个函数，这个函数位于 公共的代码区域。

       

        思路二： 对于猜测二，还有另一种为什么对象采用第三种设计方式，我的理解是：

        但是结果是12，所以成员函数，并不在对象中存储，而是存储在 公共代码区。

我们再通过对下面的不同对象分别获取大小来分析看下

//类中有成员变量和成员函数
class A1
{
public:
	 void f1() {}
private:
	 char _ch;
	 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
{
};

int main()
{
//变量定义的特点就是开空间
	A1 a1;
	A2 a2;
	A3 a3;

	cout << sizeof(a1) << endl;//8
	//分配1byte，不存储数据，只是占位，表示对象存在过
	cout << sizeof(a2) << endl;//1
	cout << sizeof(a3) << endl;//1
}

        通过sizeof操作符算出三个对象的大小，a1大小为8 byte，a2为1 byte，a3为1 byte。

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

结构体内存对齐规则

1. 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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)

C语言内存对齐详解：结构体内存对齐

【面试题】
1. 结构体怎么对齐？ 为什么要进行内存对齐？
2. 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？
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

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;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;//实例化d1对象
	d1.Init(2023,8,24);//设置d1的日期
	d1.Print();//打印d1的日期

	Date d2;//实例化d2对象
	d2.Init(2024,7,4);//设置d2的日期
	d2.Print();//打印d2的日期
	
	return 0;
}

   对于上述类，有这样的一个问题: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。

       

        也就是说，编译器会在编译时进行处理，在传参的时候，在原本函数的第一个参数的前面添加一个地址作为新的参数

​

需注意的是：this在实参和形参位置不能显示写

​

但是在类里面是可以显示着用，这个this指针，可以写，可以不写，如果不写编译器会自动帮忙完成。

​

        这样看来，this指针实际上是用来接收类实例化之后的对象的地址，可以理解为this指向了当前调用的对象。

​

        不同的域里面的this值是否相等，取决于是否是由同一个对象调用的。不同域内的this不是同一个变量，是形参，地址值可以一样，因为此时指向了当前调用的对象。

this指针的特性

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】

 咱们之前都是先实例化对象，然后取对象的地址传给this指针，那我现在直接定义一个指针呢？

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 Print()
     {
        cout << "Print()" << endl;
     }
private:
     int _a;
};
int main()
{
     A* p = nullptr;//对象的地址为nullptr
     p->Print();
     return 0;
}

答案:C

解析：首先要搞清楚一件事情，对空指针解引用不会报编译错误。那这里的意思p->Print()，是对空指针p解引用的意思吗？它不会运行崩溃吗？看下文。

        我们知道：在C++中，如果 p 是一个指向结构体或类类型的指针（比如 struct S *p;，其中 S 有一个成员变量 a），那么 p->a 实际上是等价于 (*p).a。这里的 *p 先对指针 p 进行解引用得到结构体或类对象，然后通过.运算符来访问该对象的成员变量 a

        但是以下情况不同，这个Print()函数位于公共代码区域，p->print()仅仅只是在传递地址值给this指针接收，中间没有解引用操作。

那么怎么才是解引用呢？

        140行才属于解引用操作。首先138行的Print()成员函数不在对象里面，类对象里面只有成员变量。 我们看以上代码可以知道，p指针指向了一个对象的地址，那我 *p本质是先拿到这个对象，才能访问里面的成员变量。但p指向的对象的地址是一个空的地址(所以*p这一步正常来说会引发错误)，但由于编译器的优化，没出现错误。

那怎么才会出现错误呢？

接下来再考一题.

2.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<_a
   }
private:
 int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->PrintA();
    return 0;
}

答案:B

解析:由上面的第1题我们可知，this->_a，其实是p->_a,就相当于(*p)._a

对空指针p解引用并打印对象里的成员变量_a，引发程序崩溃。

3. this指针存在哪里？

this存在对象里面? 这是错误的

那它存在哪个区呢？栈 堆 静态区 常量区

this是一个形参，一般是存在栈帧里面vs下面一般会用ecx寄存器直接传递，所以存在栈区

4.this指针可以为空吗？

可以.

C语言和C++实现Stack的对比

C语言实现

可以看到，在用C语言实现时，Stack相关操作函数有以下共性：

• 每个函数的第一个参数都是Stack*
• 函数中必须要对第一个参数检测，因为该参数可能会为NULL
• 函数中都是通过Stack*参数操作栈的
• 调用时必须传递Stack结构体变量的地址

结构体中只能定义存放数据的结构，操作数据的方法不能放在结构体中，即数据和操作数据
的方式是分离开的，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会出
错。

C++实现

        C++中通过类可以将 数据 以及 操作数据的方法 进行完美结合，通过访问权限可以控制那些方法在 类外可以被调用，即封装，在使用时就像使用自己的成员一样，更符合人类对一件事物的认知。

        而且每个方法不需要传递Stack*的参数了，编译器编译之后该参数会自动还原，即C++中 Stack * 参数是编译器维护的(this指针)，C语言中需用用户自己维护。

本章完。

本文修改次数：0

更新时间：2024年1月22日