【C++】初识类和对象
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文章目录
- 1. 面向过程和面向对象初步认识
- 2. 类的引入
- 3. 类的访问限定符
- 4. 类的定义
- 5. 封装
- 6. 类的作用域
- 7. 类的实例化
- 8. 类对象模型
-
- 8.1 计算类对象的大小
- 8.2 类对象的存储方式
- 8.3 结构体内存对齐规则
- 9. this指针
-
- 9.1 this指针的引出
- 9.2 this指针的特性
- 9.3 常见关于this问题
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，通过函数调用逐步解决问题。
就像手洗衣服一样
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。
就像机洗
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。
typedef int DataType;
struct Stack
{
void Init(size_t capacity)
{
_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
if (nullptr == _array)
{
perror("malloc申请空间失败");
return;
}
_capacity = capacity;
_size = 0;
}
void Push(const DataType& data)
{
// 扩容
_array[_size] = data;
++_size;
}
DataType Top()
{
return _array[_size - 1];
}
void Destroy()
{
if (_array)
{
free(_array);
_array = nullptr;
_capacity = 0;
_size = 0;
}
}
DataType* _array;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
int main()
{
Stack s;
s.Init(10);
s.Push(1);
s.Push(2);
s.Push(3);
cout << s.Top() << endl;
s.Destroy();
return 0;
}
上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替。
接下来就来看看类是如何定义的。
3. 类的访问限定符
定义一个类，使用时为什么会出现下面的问题呢?
这个是因为C++中有三种访问限定符。
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】
- 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)
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
那么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。注意：在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别，后序给大家介绍。
4. 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。
定义一个日期类：
class Date
{
public:
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
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。
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::
一般情况下，更期望采用第二种方式。
成员变量命名规则的建议：
我们看看这个函数，就有个问题，这里的year到底是成员变量，还是函数形参？
class Date
{
public:
void Init(int year)
{
// 这里的year到底是成员变量，还是函数形参？
year = year;
}
private:
int year;
};
所以一般都建议这样
class Date
{
public:
void Init(int year)
{
_year = year;
}
private:
int _year;
};
// 或者这样
class Date
{
public:
void Init(int year)
{
mYear = year;
}
private:
int mYear;
};
其他方式也可以的，主要看公司要求。一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行。
5. 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。
- cpp数据和方法都放在类里
- cpp访问限定符去对成员进行限制，想让用户访问的是公有，不想让用户访问的为私有。
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。
就像下面图一样，就留下一个接口来访问，其它就管控起来。
相比于C语言，C++语言更规范。
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。
6. 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;
}
7. 类的实例化
这里得考虑一个问题：成员变量在类里面是声明还是定义？
是声明，因为这里没有开空间。
定义最重要的一点就是开空间了。
这样才是定义。
不能这样访问，因为他只是声明。
没有空间，不能加加它。
用这样就行，官方的说法就是对象实列化，也就是开空间。
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。
- 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
8. 类对象模型
8.1 计算类对象的大小
我们来计算一下类的大小
成员函数算不算呢？
这里计算结果为12，那就说明成员函数没有在存在类里面，那么它存在哪里呢？
8.2 类对象的存储方式
我们来看看反汇编，发现d1.Print()，d2.Print()，两个函数地址是一样的。
-
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？ -
代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址
-
只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段
这里用到的是第三种方式存储的。
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。
没有成员变量的类对象大小1byte,占位，标识对象实例化时，定义出来存在过
8.3 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。
9. this指针
9.1 this指针的引出
class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
this->_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
// const Date* const p;
void Print(Date* const this)
{
cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << this->_day << endl;
}
void Print()
{
//this = nullptr;
cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << _day << endl;
}
private:
// 声明
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
int main()
{
Date d1;
d1.Init(2024, 1, 27);
Date d2;
d2.Init(2024, 2, 28);
d1.Print(&d1);
d2.Print(&d2);
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}
d1调用打印2024-1-27，d2调用打印2024-2-28。
就是把对应地址传过去，也就是指针的访问。
其实在之前已经使用过了，C语言实现栈的访问就是把栈的地址传过去。
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。
9.2 this指针的特性
- this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
- 只能在“成员函数”的内部使用
- 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。
- 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
9.3 常见关于this问题
来看看问题：
this 存在哪里 ？
a、堆 b、栈 c、静态区 d、常量区 e、对象里面
先排除e，在前面就算类大小时候，就没有包括this指针的大小。
排除d，c++中的const的变量不是在常量区。
来看看这个代码：
这里i和j是一起放在栈上的。p也是在栈上的。这里p存的指针是在常量区的，这里const。
排除c，static全局的才在静态区，显然this不是。
排除a，因为只有malloc才会在堆上。
所以this 存在哪里栈上，因为它是一个形参。
但是有些编译比如vs可能会用寄存器存储传递。
有时候可能会频繁访问this，就直接放在寄存器里面了。
看看p的地址和p指向内容存的位置，是不一样的。
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 PrintA()
{
cout << "Print()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->PrintA();
(*p).PrintA();
return 0;
}
这里是正常运行。
这里虽然有箭头，但并不是说有箭头就一定解引用。这里没有解引用，因为不需要在p指向的空间去找。printA()不在p指向的空间上。不会去找，所以不会触发空指针。printA()的地址在编译时候就确定了。这里是传一个this空指针，没有解引用，没有问题。
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 PrintA()
{
cout << _a << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
p->PrintA();
(*p).PrintA();
return 0;
}
运行崩溃了。
为什么呢？
与上面题目不同，这里_a就是this->a,而这里this为空，找不到this所指向的空间，空指针的传递是不会有问题的，只要不进行解引用。
有问题请指出，大家一起进步！