【C++】类与对象（上）

类与对象

在C++中，类和对象的出现，是为了完善C语言的不足，在struct的基础上慢慢进步，慢慢完善，将其的功能发挥到最大，也方便使用！

类与对象可谓是非常的重要了，所以在这里我们分为几篇来学习类与对象，在接下来的学习中，我们需要反复琢磨，去好好复习，才能学的好，学的牢，学的扎实！

一、面向过程和面向对象初步认识

C语言：面向过程注重的是具体操作，是细节；

C++：面向对象注重的是 大概的步骤。

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。

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。

比如洗衣服这件事：

面向过程   可能就会对洗衣服的水温，洗涤剂，怎么洗，洗衣机的力度，洗衣服的时间等等这些很小的细节研究

但是面向对象  可能就只会将洗衣服分为三个步骤，浸泡，柔洗，晾干，三个大步骤讲。

那么浸泡，柔洗，晾干，都各是一种大的类型。

浸泡可以选不同的水温，水质等；

柔洗可以选择不同的洗涤剂，揉搓力度等；

晾干可以选择不同的方式，自然风干，加热速干等；

这些都是每一类中的属性，那么单有属性是不可以的，我们还需要行动即方法。

在浸泡这个类中，水温水质都是属性，但我们需要有加水，调温度，这些行动。这些才构成了类！

二、类的引入和定义

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：

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 。

//C语言中
struct Stack
{
      DataType* _array;
      size_t _capacity;
      size_t _size;
}

  void func()  {;}
  ......

//C++中

struct Stack
{
    //成员函数
   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;
  }
   ..........

    //成员变量
    DataType* _array;
      size_t _capacity;
      size_t _size;
}

这就是类和对象的优点，它不仅拥有C语言中struct的所有用法，还在其基础上增加了类和对象。

不仅可以定义变量，还可以定义函数！

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（相当于把struct换成了class）， 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 。 即  类=成员函数+成员变量，成员函数就是方法，成员变量就是属性！

三、类的使用，成员的声明和定义

1.类的使用

class Stack // 类型
{

	void Push(int x)
	{
		// Init();
		//...
	}

	void Init(int N = 4)
	{
		// ...
		top = 0;
		capacity = 0;
	}


	int* a;  
	int top;
	int capacity;
};

上面代码我们定义了一个类，但我们可以这样使用吗?

Stack.a=NULL;

Stack.top=0;

当然不行！！

若我们使用struct这样使用的话，就会发现：

struct Stack // 类型
{

	int* a;  
	int top;         //声明
	int capacity;
};

Stack.a=NULL;

Stack.top=0;     这样使用当然不行，struct只是一张图纸，只是声明，声明不会开辟内存空间，只有定义该变量以后Stack s;(定义），才可以使用。

C语言中，Stack s，s叫做变量,但在C++中，s就是对象。

所以回顾以后，我们应该先定义一个对象,通过对象去访问里面的值。

Stack s；

s.a=NULL;

s.top=0; 

2.成员的声明与定义的使用

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。

struct Stack
{
    //成员函数
   void Init(size_t capacity)
  {
     _array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
      ...
     _capacity = capacity;
      _size = 0;
  }
     ......
    //成员变量
    DataType* _array;
      size_t _capacity;
      size_t _size;
}

都放在类中，成员函数中的成员变量无需重新定义，可以直接使用。

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 ::

在.h文件中：  声明

struct Stack
{
    //成员函数
   void Init(size_t capacity);
     ......
    //成员变量
    DataType* _array;
      size_t _capacity;
      size_t _size;
}

在.cpp文件中：  定义    成员函数名前需要加类名 ::

   void  Stack:: Init(size_t capacity)
  {
     _array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
      ...
     _capacity = capacity;
      _size = 0;
  }

就比如数据结构中，很多都需要初始化，但在定义的时候，可能都定义为 Init（），都需要加一个类作用域。  针对声明和定义分开写。

四、类的访问限定符及封装

1.访问限定符

当然，在类中呢，C++还提出了一些其他的东西，public和private：

class Stack // 类型
{
public:
	void Push(int x)
	{
		// Init();
		//...
	}

	void Init(int N = 4) //缺省参数
	{
		// ...
		top = 0;
		capacity = 0;
	}

private:
	int* a;  
	int top;
	int capacity;
};

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 。

简单地说就是，private是私有，他只能在自己的类中去使用，而public在内外都可以使用，没有限制，这就更好的去使对象完善，方便内外去管理权限并使用。

【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)

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

class Stack // 类型
{
public:
    void Push(int x)
    {
        // Init();
        //...
    }

    void Init(int N = 4)
    {
        // ...
        top = 0;
        capacity = 0;
    }
//private:
    int* a;
    int top;
    int capacity;
};

若有private，则public的作用域到private，private的作用域到结尾。

若没有，则直接到结尾，整个都为公开public。

5. class 的默认访问权限为 private ， struct 为 public( 因为 struct 要兼容 C)

    这就是为什么，struct中，变量访问结构体中的值，可以随便访问。

2.封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。（最重要的三个特性）

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。 一种管理方式。

举例说明：

在C语言中，实现栈时，大家如果都很遵循规则，访问栈顶元素时，就会调用Top函数，但是总会有人直接去 打印st.a[top]，但是可能此时的top不一定是栈顶，可能也是栈顶的前一个，每个人实现的方式都不同，所以就会出现问题。 但是在C++中，就体现了封装的作用，是一种管理，就会将类的成员变量设置为私有private，就不会让你去访问，只是通过函数接口来访问，这样就不会出现问题。 

五、类的作用域和命名空间区别

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;
}

那就会有人想，可不可以这样使用  Person::_age = 1;不是命名空间域访问里面的变量时，就可以通过域操作符来访问吗？

但是这里是有区别的，命名空间域相当于设置了一堵围墙，他将里面的变量围了起来，只能通过域操作符来访问到里面变量，函数等，但是类的作用域（类域）它是一堵虚拟墙，他没有实体，就相当于加了密码锁的一张图纸，没有实质内容的，必须按照图纸造出对象以后，才可以通过域操作符来访问。

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

六、类对象模型

1.如何计算类对象的大小

class A { public :     void PrintA ()   { cout << _a << endl ;   } private :      char _a ; }; A aa; cout<<sizeof(aa)<<endl;

在计算类对象的大小时，我们可以类比计算 结构体大小，只不过不同的一点是，类中加了成员函数，我们不知道成员函数是否需要占空间？？？

调用函数时，是通过其地址去找到函数的，那么是函数指针吗？？

2.类对象的存储方式猜测

那成员函数到底怎么存储的呢？？

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，只算成员变量，成员函数不算空间

那么方案三不同于方案二的是，方案三没有将函数地址放到类中。

因为公共区，大家都知道的地方，就没必要每个人再给一把钥匙，直接开放，大家想去就去了。

  那我们就去通过结果去推测：

我们会发现：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。

当开辟了多个类时，类里面为空，若不占空间的话，那就是没有，这个类不存在，所以占一个字节要证明这个类是存在的。

所以，现在懂了吗？类的大小只跟成员变量有关系，和成员函数没有关系！

忘记内存对齐了吗？

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

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。

七、this指针

 1.this指针的引出

我们定义一个日期类：

class Data
{
public:
    void Init(int year, int month, int data)
    {
        _year = year;
        _month = month;
        _data = data;
    }

    void Print()
    {
        cout << _year << " " << _month << " " << _data << endl;
    }
private:
    int _year;
    int _month;
    int _data;
};

int main()
{
    Data d1;
    Data d2;
    d1.Init(2022, 10, 8);
    d2.Init(2022, 10, 9);
    d1.Print();
    d2.Print();
}

想一想，既然成员函数都在公共区中，那么调用的就是同一个函数Print，那么为什么结果不相同呢？？

void Print()
    {
        cout << _year << " " << _month << " " << _data << endl;
    }



void Print(Data*this)
    {
        cout << this->_year << " " << this->_month << " " << this->_data << endl;
    }

原因在这里：当调用类的成员函数时，会在公共区去调用这个函数Print，其默认的第一个参数是this指针，存放调用它的那个类的地址。

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 。

this指针的定义和传递，都是编译器的活，我们不能去抢，但是我们可以再类里面用this指针

所以，这些步骤都是编译器完成的，我们不需要写出来。

2.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。 void Print(Data* const this)     {         cout << this->_year << " " << this->_month << " " << this->_data << endl;     }    const在*后面，限制的是指针变量，this指针不可以被修改。 Data const*this const Data*this  这两都是限制的this指针指向的那个变量不能被修改

2. 只能在 “ 成员函数 ” 的内部使用，不可以出了函数使用，只能在函数内部使用。

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 。

所以作为形参，他也是在栈帧中，在栈区，但在vs中，因为this指针频繁调用，就放到了ecx寄存器自动传递。

来一道题考考你！

 1.p本身就作为类的地址，直接传递给void Print（），p为空指针，但没有解引用，可以！

2.p直接传递给void Print（），可以，但是 做了一个这样的操作，this->_a,this本身是一个空指针，去访问，那就是解引用了，空指针怎么可能解引用呢？？所以是运行错误！

总结

类和对象很好的解决了C语言中的许多问题，其中有很多细节需要我们留心！

下期再见！及时消化！