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C++：类和对象（上）

  • 欢迎来到C++专栏~~类和对象（上）
    • 一. 面向过程和面向对象初步认识
    • 二 . 类的引入
    • 三 .类的定义
    • 四 . 类的访问限定符及封装
      • 访问限定符
      • 封装
    • 五 .类的作用域
    • 六 .类的实例化
    • 七 . 类的对象大小计算
      • ⚡计算类对象的大小
      • ⚡类对象的存储方式
      • ⚡结构体内存对齐规则
    • 八 . this指针
      • this指针的引入
      • this指针的特性
    • 九 .小习题
  • 写在最后

一. 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 ————就是方法如何实现

C++是基于面向对象的（面向过程和面向对象混编 —— 因为C++兼容C），关注的是类对象以及对象间的关系，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成 ———— 就是类的设计以及关系

二 . 类的引入

C++兼容了C中结构体的用法，同时struct在C++中也升级成了类

C++类和结构体不同的是，除了可以定义变量，还可以定义方法/函数

#include#includeusing namespace std;struct Student{//成员变量，加_是为了区分char _name[30];char _gender[3];int _age;//成员函数/方法void Init(const char* name，const char* gender， int age){strcpy(_name, name);strcpy(_gender, gender);_age = age;}void Print(){cout << _name << " " << _age << endl;}};int main(){struct Student st1; //C++兼容cStudent st1;// Student既是类名也是类型st1.Init("小帅哥" , "男", 20);st1.Print();st1.Init("华南最后的深情", "男", 18);st1.Print();return 0;}

对于上面结构体的定义，C++中更喜欢用class来代替

三 .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

类的两种定义方式：
1️⃣声明和定义全部放在类体中（小函数）。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（因为内联只是一种建议）

2️⃣声明和定义分离（大函数）：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::（不然都不知道去哪找）

ps：声明和定义分离不算内联，因为分离之后调用都找不到了

四 . 类的访问限定符及封装

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) ————只能在类里面访问
  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,———— 一般定义类的时候，要明确访问修饰限定符
  4. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)

【面试题】
问题：C++中struct和class的区别是什么？
解答：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）

class Stack //class 默认私有struct默认公有{public://私有 —— 直到遇到下一个访问限定符void Init(){a = 0;top = capacity;}void Push(int x){//..}private: //只对外私有，对内不锁int* a;int top;int capacity;};int main(){Stack st;st.Init();st.Push(1);st.Push(2);return 0;}

封装

【面试题】 面向对象的三大特性：封装、继承、多态。
封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏（private / protected）对象的属性和实现细节，仅对外公开(public)接口来和对象进行交互。

⚡ 封装本质上是一种更好的严格管理；不封装是自由的管理

  1. 把数据和方法都放到一起，类里面（把你圈起来）
  2. 访问限定符 —— 可以给你访问的定义成公有，不想给你访问的定义成私有/保护

打个比方：——直接访问堆的top值

cout << st.a[st.top] << endl;

有可能会访问错误，因为不清楚底层实现，不知道top定义的是0还是-1

C语言 ——> 没办法封装 既可以规范的使用函数访问数据，也可以直接访问数据————不规范
C++ ———> 封装 必须规范使用函数来访问数据，不能直接访问数据 ———— 规范

五 .类的作用域

类定义了一个新的作用域：类域，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; }

六 .类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化
1️⃣如何区别声明和变量呢？

#include using namespace std;int age; //定义 —— 开空间了class Person{public:void PrintPersonInfo();private:char _name[20]; //声明char _gender[3]; //声明int _age;//这个是声明凭什么这个就是声明了？？？ 因为没开空间};//好比结构体：声明有什么成员struct ListNode{ struct ListNode* next;//声明 int val;//声明}

一句话：对于变量而言，开空间就是定义，不开空间就是声明

2️⃣那结构体什么时候才开空间呢？ ———— 实例化
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(){ cout << sizeof(Person) << endl;//没开空间是怎么样算大小的 Person p1; //类的实例化 Person p2; Person p3;}

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

⚡打个比方：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


ps：计算成员的大小，编译器都知道，也就是说有图纸你还不能算出来吗？

小细节：
在.h头文件慎用全局变量，解决方法：
1️⃣外部声明extern

extern int age //声明

实际定义在Person.cpp,那test.cpp是怎么样拿到同一个的？
有头文件的声明，直接去符号表中找

2️⃣static

//链接属性不一样int age; //链接属性所有文件可见static int size; //链接属性当前文件可见，哪里编译就哪里用，不进符号表定义
  • 所有文件可见的意思：都会放进符号表，他们是同一个，可以被其他人用，合并链接的时候就会产生冲突
  • 当前文件可见：不会放进符号表，并且在不同文件看见的size不是同一个，test.cpp编译就只能在这可见

七 . 类的对象大小计算

⚡计算类对象的大小

思考：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？

class A{public:void PrintA(){cout << _a << endl;}private:char _a;};int main(){cout << sizeof(A) << endl;return 0;}

运行结果——

说明计算类的对象的大小 —— 只看成员变量。且要考虑内存对齐，C++内存对齐规则和C一样

那么成员函数放在了哪里呢？我们接着往下看吧

⚡类对象的存储方式

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？——

类对象的存储：只保存成员变量，成员函数放在公共的代码段。

来看一道题吧

class A{public:void func(){cout << "void A::fun()"<<endl;}//private:char _a;};int main(){ //崩溃 or 编译报错or正常运行 A* ptr = nullptr; ptr->func();}

很多人会觉得这不是空指针问题吗？

  • 没有对空指针解引用，在编译链接的时候，找到函数名直接call地址了（而不是在运行的时候找）—— 所以是正常运行
  • 还有this指针的问题（继续往后面看吧）

找到了类对象的存储方式，接下来计算一下大小吧

// 类中既有成员变量，又有成员函数class A1 {public: void f1(){}private: 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{};

sizeof(A1) : ______ sizeof(A2) : ______ sizeof(A3) : ______

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占位来唯一标识这个类的对象 不然&aa2的时候，啥也没有

A2 aa2;A2 aaa2;//取地址时候

⚡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

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

  1. 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
  2. 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

忘了差不多要复习一下（额，这个我好像没有写博客总结）

【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

八 . this指针

this指针的引入

我们先来定义一个日期类——

class Date {public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void PrintDate(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}private:int _year;int _month;int _day;};int main(){Date d1;d1.Init(2001, 10, 26);Date d2;d2.Init(2002, 6, 10);//谁的生日来认领一下d1.PrintDate();d2.PrintDate();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

编译器处理完成——（以下都是编译器干的，我们不能这样写）

实参和形参位置不能显示传递和接受this指针
可以在函数内部使用this指针

void Init(Date * const this,int year, int month, int day){this = nullptr;//不能这样改，因为const指针修饰了，但是内容可以改this->_year = year;this->_month = month;this->_day = day;}void PrintDate(Date* const this){cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << this->_day << endl;}int main(){Date d1;d1.Init(&d1,2022, 9, 27);Date d2;d2.Init(&d2,2022, 9, 28);d1.PrintDate(&d1);d2.PrintDate(&d2);return 0;}

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】：

  1. this指针存在哪里？
    一般情况下是在栈（形参），vs把它放到了寄存器ecx中，这样this访问变量提高效率（优化取决于编译器）

我们转到反汇编

  1. this指针可以为空吗？
// 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;p->Print();return 0;}

and

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

注：

  1. p是空指针，但是空指针并不是语法错误，编译器检查不出来p调用成员函数不会编译报错
  2. p作为实参传给隐藏的this指针时，只有解引用空指针时，程序会崩溃
  3. p调用成员函数，会有错觉空指针报错，可是我们要看出本质来，成员函数并不是放在对象里，而是编译的时候就call 公共代码区的函数

九 .小习题

1.下列有关this指针使用方法的叙述正确的是（ ）

A.保证基类保护成员在子类中可以被访问
B.保证基类私有成员在子类中可以被访问
C.保证基类公有成员在子类中可以被访问
D.保证每个对象拥有自己的数据成员，但共享处理这些数据的代码

答案是:D
基类保护成员在子类可以直接被访问，跟this无关
基类私有成员在子类中不能被访问，跟this无关
基类共有成员在子类和对象外都可以直接访问，跟this无关
this指针代表了当前对象，能够区分每个对象的自身数据，故正确

2.下面描述错误的是( )

A.this指针是非静态成员函数的隐含形参.
B.每个非静态的成员函数都有一个this指针.
C.this指针是存在对象里面的.
D.this指针可以为空

答案：C
A.静态成员函数（static）没有this指针，只有非静态成员函数才有，且为隐藏指针
B.非静态成员函数的第一个参数就是隐藏的this指针
C.this指针在非静态的成员函数里面，对象不存在，故错误
D.单纯的对this赋空是不可以的，不过可以强转直接赋空，不过一般不进行这样的操作

写在最后

  • 能看到这里的都是棒棒哒！
  • 想必进程控制也算是C++中重要的部分了，如果认真看完以上部分，肯定有所收获。
  • 接下来我还会继续写关于《类和对象（中篇）》等…
  • 如有错误可以尽管指出
  • 想学吗？我教你啊
  • 觉得博主写的还不错的可以`一键三连撒