C++：类与对象（1）

小陈在拼命

发布于 2024-02-28 08:44:41

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发布于 2024-02-28 08:44:41

文章被收录于专栏：C/C＋＋、数据结构、算法

一、面向过程和面向对象

1、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。

如我们要实现洗衣服：

2、而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。

  面向对象相比面向过程来说，**可扩展性更强，维护起来也更容易**，可能需要我们在以后的学习中才能慢慢体会！

二、类的引入

2.1 C++将结构体升级成了类

1、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。

2、以前struct的自定义类型要定义一个变量的时候要加struct，但是现在不需要了

3、C++中更喜欢用class来代替struct

2.2 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：

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。

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::

一般我们都使用第二种

2.3 成员变量命名建议

我们看看这个函数，是不是很僵硬？

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;
};

1、我们没有办法很好的区分哪个是成员变量，哪个是函数形参。

2、由于局部变量和成员变量同名，根据局部优先的原则，前面的year肯定是局部变量，我们对他初始化就没有意义了

建议设置成员变量的时候要加点标志，比如_

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，主要看要求。一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行。

三、类的访问限定符

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

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。在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别。

四、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;
}

五、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。
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

六、类对象模型

6.1 类对象的存储方式猜测

猜测1：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？

猜测2：代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址

猜测3：只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

我们再通过对下面的不同对象分别获取大小来分析看下

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。

6.2 类的大小及结构体对齐规则

关于类的大小和对齐规则，和C语言的结构体是一样的，大家可以关注博主的关于结构体内存对齐的文章。

C语言：自定义类型——结构体-CSDN博客

七、this指针

class Date
{
public:
void Init(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
void Print()
{
cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;
}
private:
int _year; // 年
int _month; // 月
int _day; // 日
};
int main()
{
Date d1, d2;
d1.Init(2022,1,11);
d2.Init(2022, 1, 12);
d1.Print();
d2.Print();
return 0;
}

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。

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（所以this指针存在函数栈帧中），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

思考：

this指针可以为空吗？

我们观察下面两个代码的运行结果

结论：

说明this指针可以为空，只不过

当把空的this传入时如果没有解引用他，函数可以正常运行

当把空的this传入然后解引用他（访问他的成员），就会出现空指针解引用的问题。

八、封装

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。