类与对象(上)

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
• 比如对于洗衣服这件事情而言，不同编程思维不同
  
• 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

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：
• 在数据结构中，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

#include
using namespace std;
typedef int DataType;
struct Stack
	{
      //定义栈结构
        DataType* _array;
		size_t _capacity;
		size_t _size;
	   //初始化栈
	  	void Init(size_t capacity = 4)
		{
	      _array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
			if (nullptr == _array)
			{
				perror("malloc申请空间失败");
				return;
			}
		  _capacity = capacity;
		  _size = 0;
		}
		
		//入栈
		void Push(const DataType& data)
		{
			// 扩容
			_array[_size] = data;
			++_size;
		}
	   
		//返回栈顶元素
		DataType Top()
		{
			return _array[_size - 1];
		}
       
		//销毁
		void Destroy()
		{
			if (_array)
			{
				free(_array);
				_array = nullptr;
				_capacity = 0;
				_size = 0;
			}
		}
	};
int main()
	{
	  //主函数调用方式也和C语言有所不同
		Stack s;
		s.Init(10);
		s.Push(1);
		s.Push(2);
		s.Push(3);
		cout << s.Top() << endl;
		s.Destroy();
		return 0;
	}

类的定义

上面结构体的定义，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。

类的两种定义方式：

• 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

• 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::

• 更推荐第二种定义方法

类的访问限定符及封装

访问限定符

【访问限定符说明】

• public修饰的成员在类外可以直接被访问
• 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)
• 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
• 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
• class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)

封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

• 在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，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，让用户更方便使用类。比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用
  户的就只有开关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日
  常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件

• 对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如
  何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计
  算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以
  及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。
• 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

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;
}

类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

• 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；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。
• 类就像谜语一样，对谜底来进行描述，谜底就是谜语的一个实例。
  谜语：“年纪不大，胡子一把，主人来了，就喊妈妈” 谜底：山羊
• 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
• 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
  

• 对象的实例化本质就是定义变量

类的对象大小的计算

• 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？

类对象的存储方式猜测

• 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？

• 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？
• ans:第三种

测试

• 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与C语言一样，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。

深入理解类中的函数调用
下图中a3是空指针，但是访问f2却正常运行，没有报错，这是因为访问的f2不是在A2这个类中存储的，没有对a3进行解引用操作