【C++篇】类与对象：从面向过程到面向对象的跨越

前言大家好我是“我想吃余”很高兴你能和我一起进入到C的学习中我会将我的学习过程中的宝贵经验不遗余力的输入到文章中希望可以帮助到你的学习。本文涵盖了从面向过程与面向对象的区别到类的定义、访问限定符、封装、作用域、实例化、对象大小计算以及this指针等内容。一、 面向过程 vs 面向对象面向过程C语言关注解决问题的步骤通过函数逐步实现。举个洗衣服的例子手洗衣服的步骤面向对象C关注对象之间的交互将问题拆分为多个对象协作完成。机洗衣服核心区别面向对象通过对象交互隐藏细节提高代码复用性和可维护性。二、类1. 类的引入C语言的结构体只能定义成员变量。C的类class/struct可以定义成员变量和成员函数。代码语言javascriptAI代码解释// C实现栈使用class class Stack { public: void Init() { /* 初始化逻辑 */ } void Push(int data) { /* 压栈逻辑 */ } private: int* _array; int _size; };2. 类的定义代码语言javascriptAI代码解释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。showlnfo函数可能会被编译器当成内联函数类声明放在.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::这是更推荐的定义方式因为可以提高代码可读性和编译效率。成员变量命名规则的建议在给成员变量命名时在其前面加一个_或者一个m原因避免与函数形参重命名导致的可读性差的问题。3. 类的访问限定符与封装3.1 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public修饰的成员在类外可以直接被访问protected/private修饰的成员在类外不能直接被访问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privatestruct为public(因为struct要兼容C)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3.2 封装面向对象的三大特性封装、继承、多态。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。其实封装本质上是一种管理让用户更方便使用类。封装的意义将数据与操作结合隐藏实现细节仅暴露接口。代码语言javascriptAI代码解释class Date { public: void SetYear(int year) { _year year; } // 对外提供接口 private: int _year; // 隐藏实现细节 };举两个例子汽车汽车是一个十分复杂的一个设备其内部的复杂系统原理我们并不需要去了解因为我们不是要造车而是要开车。只需要会用方向盘、挂挡和油门刹车它们就类似于封装暴露出来的接口剩余的都被封装保护起来了我们看不见摸不着。让用户可以与车子进行交互即可。2. 计算机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。4. 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。类作用域成员函数在类外定义时需指定作用域。代码语言javascriptAI代码解释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; }实例化类像“设计图”对象是“具体建筑”。代码语言javascriptAI代码解释Person p; // 实例化对象 p._name Tom; // 对象占用实际内存三、对象1. 类的实例化定义对象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定义一个类并没有给其对象开辟内存空间实例化才是定义对象和开辟内存空间一个十分形象的比方类是一张“房子的设计图”对象是一座“房子”实例化就是“用设计图造一座房子”2. 类对象模型计算类对象的大小计算方式与计算结构体大小方法相同都是用结构体对齐来计算的。对象大小计算规则仅计算成员变量之和遵循内存对齐规则。成员函数不纳入计算空类大小为1字节占位标识。内存对齐规则第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。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。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。代码语言javascriptAI代码解释class A { char _a; // 1字节对齐到1 int _b; // 4字节对齐到4 }; // 总大小8字节13填充4具体计算方法不过多赘述了存有疑问的话建议阅读我过去的文章高阶C语言|和结构体与位段的邂逅之旅3. this指针的奥秘3.1 this指针的引出作用隐式指向调用成员函数的对象解决“如何区分不同对象”的问题。现在看不懂没关系我们来看一段代码 我们定义一个日期类Date代码语言javascriptAI代码解释#includeiostream using namespace std; class Date { public: void Init(int year, int month, int day) { _year year; this-_month month; this-_day day; } void Print() { cout _year / _month / _day endl; } private: // 这⾥只是声明没有开空间 int _year; int _month; int _day; }; int main() { // Date类实例化出对象d1和d2 Date d1; Date d2; d1.Init(2024, 3, 31); d1.Print(); d2.Init(2024, 7, 5); d2.Print(); return 0; }对于上述类我们会有这样的一个问题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。如果将this指针显示出来其实是这样的代码语言javascriptAI代码解释#includeiostream using namespace std; class Date { public: void Init(Date* const this, int year, int month, int day) { this-_year year; this-_month month; this-_day day; } void Print(Date* const this) { cout this-_year / this-_month / this-_day endl; } private: // 这⾥只是声明没有开空间 int _year; int _month; int _day; }; int main() { // Date类实例化出对象d1和d2 Date d1; Date d2; d1.d1.Init(d1, 2024, 3, 31); d1.Print(d1); d2.Init(d2, 2024, 7, 5); d2.Print(d2); return 0; }​在这里插入图片描述​3.2 this指针的特性this指针的类型类型* 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this不能在形参和实参显示传递但是可以在函数内部显示使用this指针存在哪里呢因为this本质是成员函数的形参所以它必然存储在栈区this指针可以为空吗形参当然可以为空但是要注意成员函数不能对其解引用操作否则会运行崩溃。总结面向对象的核心在于封装通过类将数据与方法结合隐藏细节并提供接口。理解this指针、内存对齐和访问控制是掌握C类与对象的关键。