[C++知识库]【C++】02_类与对象(上)

【C++】02_类与对象(上)

01.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。
• 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。

02.类的引入

• C语言中，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。

  struct Student	//在结构体的定义中，在C++中更喜欢用class来代替
  {
       void SetStudentInfo(const char* name, const char* gender, int age)
       {
       strcpy(_name, name);
       strcpy(_gender, gender);
       _age = age;
       }
   
       void PrintStudentInfo()
       {
           cout<<_name<<" "<<_gender<<" "<<_age<<endl;
       }
   
       char _name[20];
       char _gender[3];
       int _age;
  };
  int main()
  {
       Student s;
       s.SetStudentInfo("Peter", "男", 18);
       return 0;
  }
  
  

03.类的定义

//语法：
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要有分号。
• 类中的元素称为类的成员：类中的数据称为类的属性或者成员变量; 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，需要注意：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,决定是否生成内联代码取决于编译器的优化策略。
class Person
{
public:
    void showInfo()
    {
        cout<<_name" - "<<_sex<<" - "<<_age<<endl;
	}
public:
	char* _name;
    char* _sex;
    int _age;
}

//2. 声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中
//声明，Person.h中
class Person
{
public:
    void showInfo()
    {
        cout<<_name" - "<<_sex<<" - "<<_age<<endl;
	}
public:
	char* _name;
    char* _sex;
    int _age;
}
//定义，Person.cpp
//注意：函数前需要添加"类名::"，如Peron::
void Person::showInfo()
{
    cout<<_name" - "<<_sex<<" - "<<_age<<endl;
}

一般情况下，使用第二种方法更多。

04.类的访问限定符及封装

4.1 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

  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;

  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。

• C++中class和struct区别：

  C++需要兼容C语言，所以C++中struct可以当成结构体去使用。另外C++中struct还可以用来定义类。 和class是定义类是一样的，区别是struct的成员默认访问方式是public，class是struct的成员默认访问方式是private。

4.2 封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

在类和对象这部分，我们只研究类的封装特性，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：比如我们的卧室等私人物品，我们是不是只会让某部分我们亲近的人进出，而不是谁都可以随意进出随意观看。类也是一样，我们使用类数据和方法都封装到一下。 不想给别人看到的，我们使用protected/private把成员封装起来。开放一些共有的成员函数对成员合理的访 问。所以封装本质是一种管理。
• 封装的意义：将属性和行为作为一个整体，表现生活中的事物，将属性和行为加以权限控制；

05.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，需要使用 :: 作用域解析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;
  }
  

06.类的实例化

• 用类类型创建对象的过程，称为类的实例化
  1. 类只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;
  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;
  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;

07.类对象模型

7.1 如何计算类对象的大小

class A
{
public:
     void PrintA
     {
     cout<<_a<<endl;
     }
private:
     char _a;
};

那么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？

7.2 类对象的存储方式猜测

• 猜测一，对象中包含类的各个成员。

  但是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？

• ? 猜测二，只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段。

那么对于上述两种存储方式，那计算机到底是按照那种方式来存储的？

• 我们再通过对下面的不同对象分别获取大小来分析看下

  // 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
  {};
  int main(void)
  {
      //		4				1				1
      cout<<sizeof(A1)<<"  "<<sizeof(A2)<<"  "<<sizeof(A3)<<endl;
      return 0;
  }
  
  

  结论：一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然也要进行内存对齐，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。

  即我们可以得知，类对象的是按照猜测二来存储的，只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段。

7.3 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，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。

   若想详细了解可参考此篇博客，C++结构体内存对齐规则；

08.this指针

8.1 this指针的引出

//我们先来定义一个日期类Date
class Date
{ 
public :
     void Display ()
     {
         cout <<_year<< "-" <<_month << "-"<< _day <<endl;
     }

     void SetDate(int year , int month , int day)
     {
         _year = year;
         _month = month;
         _day = day;
     }
private :
     int _year ; // 年
     int _month ; // 月
     int _day ; // 日
};
int main()
{
     Date d1, d2;
     d1.SetDate(2018,5,1);
     d2.SetDate(2018,7,1);
     d1.Display();
     d2.Display();
     return 0;
}

对于上述类，有这样的一个问题：

Date类中有SetDate与Display两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当s1调用SetDate函数 时，该函数是如何知道应该设置s1对象，而不是设置s2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。

• 另外，当成员函数参数中变量名与成员变量名相同时（虽然一般都不同），也可以通过this->来表示那个是成员变量，若不主动加this指针以区分，编译器会认为是形参中的变量。（为避免这种同名情况，成员变量一般都会在前加m_或_以区分成员变量和其他变量）

  ?

  
  class Date
  { 
  public :
       void SetDate(int year , int month , int day)
       {
           //year = year;		//比如这种，当没有this指示的话，编译器就无法区分，最终报错
           this->year=year;
           this->month = month;
           this->day = day;
       }
  private :
       int year ; // 年	一般常命名为_year或m_year
       int month ; // 月
       int day ; // 日
  };
  int main()
  {
       Date d1;
       d1.SetDate(2018,5,1);
       return 0;
  }
  

8.2 this指针的特性

1.this指针的类型：类类型* const；
2. 只能在“成员函数”的内部使用；
3. this指针本质上其实是一个成员函数的形参，是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。