C++系列文章 —— 类和对象篇(上)（从入门到精通合集）

系列文章目录

基础语法篇
类和对象篇（上）

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前言

C++既可以进行C语言的过程化程序设计，又可以进行以抽象数据类型为特点的基于对象的程序设计，还可以进行以继承和多态为特点的面向对象的程序设计。C++擅长面向对象程序设计的同时，还可以进行基于过程的程序设计。

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一、过程与对象

面向过程（C语言）

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。

面向对象（C++）

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。

总共有四个对象：人、衣服、洗衣粉、洗衣机。
整个洗衣服的过程：人将衣服放进洗衣机、倒入洗衣粉，启动洗衣机，洗衣机就会完成洗衣服的过程并且甩干。
整个过程主要是：人、衣服、洗衣粉、洗衣机四个对象交互完成的，人不需要关心洗衣机具体是如何洗衣服的，是如何甩干的。

二、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。

struct实现：

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) {
        _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;
};

class实现：

typedef int DataType;

class Stack {
public:
    Stack(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;
    }
    void Push(const DataType &data) {
        _array[_size] = data;
        ++_size;
    }
    DataType Top() {
        return _array[_size - 1];
    }
    ~Stack() {
        if (_array) {
            free(_array);
            _array = nullptr;
            _capacity = 0;
            _size = 0;
        }
    }

private:
    DataType *_array;
    size_t _capacity;
    size_t _size;
};

三、类的定义

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。

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

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。

class Person {
public:
    void Show() {
        cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
    }
private:
    char *_name;    // 姓名
    char *_sex;     // 性别
    int _age;       // 年龄
};

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::

class Person {
public:
    void Show();
private:
    char *_name;    // 姓名
    char *_sex;     // 性别
    int _age;       // 年龄
};

#include "Person.h"

void Person::Show() {
    cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
}

四、类的封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

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。

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。

五、访问限定符

访问限定符：

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

六、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 Show();
private:
    char *_name;    // 姓名
    char *_sex;     // 性别
    int _age;       // 年龄
};

// 这里需要指定Show是属于Person这个类域
void Person::Show() {
    cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
}

七、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。
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
   Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有存储空间。

int main() {
    Person A;
    cout << &A << endl;
    return 0;
}

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
   

八、类对象模型

类成员的存储

• 成员变量 —— 栈区
• 成员函数 —— 代码区

class Person {
public:
    void Show() {
        cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
    }
    void Push() {
 	}
 	void Pop() {
 	}
 	void Move() {
 	}
private:
    char *_name;    // 姓名
    char *_sex;     // 性别
    int _age;       // 年龄
};

注意：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。

计算类的大小和结构体一样，结构体的大小计算我在结构体中已经详细讲过了，本文不详述。

九、this指针

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。

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