【C++】类和对象（ 类的定义、实例化、 this指针、 C++和C语言实现Stack对比）

小编主页详情-请点击小编gitee代码仓库-请点击本文主要介绍了类和对象 类的定义、实例化、 this指针、 C和C语言实现Stack对比内容全由作者原创无AI并带有配图帮助博友们更好的理解点个关注不迷路下面进入正文~~目录1. 类的定义1.1 类定义格式1.2 访问限定符1.3 类域2. 实例化2.1 实例化概念2.2 对象大小3. this指针4. C和C语言实现Stack对比结语1.类的定义1.1类定义格式class为定义类的关键字Stack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。为了区分成员变量一般习惯上成员变量会加一个特殊标识如成员变量前面或者后面加_或者m开头注意C中这个并不是强制的只是一些惯例。C中struct也可以定义类C兼容C中struct的用法同时struct升级成了类明显的变化是struct中可以定义函数一般情况下我们还是推荐用class定义类。定义在类里面的成员函数默认为inline。#includeiostream #includeassert.h using namespace std; class Stack { public: // 成员函数 void Init(int n 4) { array (int*)malloc(sizeof(int) * n); if (nullptr array) { perror(malloc申请空间失败); return; } capacity n; top 0; } void Push(int x) { // ...扩容 array[top] x; } int Top() { assert(top 0); return array[top - 1]; } void Destroy() { free(array); array nullptr; top capacity 0; } private: // 成员变量 int* array; size_t capacity; size_t top; }; // 分号不能省略 int main() { Stack st; st.Init(); st.Push(1); st.Push(2); cout st.Top() endl; st.Destroy(); return 0; } class Date { public: void Init(int year, int month, int day) { _year year; _month month; _day day; } private: // 为了区分成员变量一般习惯上成员变量 // 会加一个特殊标识如_ 或者 m开头 int _year; // year_ m_year int _month; int _day; }; int main() { Date d; d.Init(2024, 3, 31); return 0; } #includeiostream using namespace std; // C升级struct升级成了类 // 1、类里面可以定义函数 // 2、struct名称就可以代表类型 // C兼容C中struct的用法 typedef struct ListNodeC { struct ListNodeC* next; int val; }LTNode; // 不再需要typedefListNodeCPP就可以代表类型 struct ListNodeCPP { void Init(int x) { next nullptr; val x; } ListNodeCPP* next; int val; }; int main() { return 0; }1.2访问限定符C一种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。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protected和private是一样的以后继承章节才能体现出他们的区别。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定义成员没有被访问限定符修饰时默认为privatestruct默认为public。一般成员变量都会被限制为private/protected需要给别人使用的成员函数会放为public。1.3类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。类域影响的是编译的查找规则下面程序中Init如果不指定类域Stack那么编译器就把Init当成全局函数那么编译时找不到array等成员的声明/定义在哪里就会报错。指定类域Stack就是知道Init是成员函数当前域找不到的array等成员就会到类域中去查找。#includeiostream using namespace std; class Stack { public: // 成员函数 void Init(int n 4); private: // 成员变量 int* array; size_t capacity; size_t top; }; // 声明和定义分离需要指定类域 void Stack::Init(int n) { array (int*)malloc(sizeof(int) * n); if (nullptr array) { perror(malloc申请空间失败); return; } capacity n; top 0; } int main() { Stack st; st.Init(); return 0; }2.实例化2.1实例化概念用类类型在物理内存中创建对象的过程称为类实例化出对象。类是对象进行一种抽象描述是模型一样的东西限定了类有哪些成员变量这些成员变量只是声明没有分配空间用类实例化出对象时才会分配空间。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。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设计图规划了有多少个房间房间大小功能等但是并没有实体的建筑存在也不能住人用设计图修建出房子房子才能住人。同样类就像设计图一样不能存储数据实例化出的对象分配物理内存存储数据。#includeiostream using namespace std; 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: // 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; }2.2对象大小分析一下类对象中哪些成员呢类实例化出的每个对象都有独立的数据空间所以对象中肯定包含成员变量那么成员函数是否包含呢首先函数被编译后是一段指令对象中没办法存储这些指令存储在一个单独的区域代码段那么对象中非要存储的话只能是成员函数的指针。再分析一下对象中是否有存储指针的必要呢Date实例化d1和d2两个对象d1和d2都有各自独立的成员变量_year/_month/_day存储各自的数据但是d1和d2的成员函数Init/Print指针却是一样的存储在对象中就浪费了。如果用Date实例化100个对象那么成员函数指针就重复存储100次太浪费了。这里需要再额外哆嗦一下其实函数指针是不需要存储的函数指针是一个地址调用函数被编译成汇编指令[call 地址]其实编译器在编译链接时就要找到函数的地址不是在运行时找只有动态多态是在运行时找就需要存储函数地址这个我们以后会讲解。C规定类实例化的对象也要符合内存对齐的规则。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。#includeiostream using namespace std; // 计算一下A/B/C实例化的对象是多大 class A { public: void Print() { cout _ch endl; } private: char _ch; int _i; }; class B { public: void Print() { //... } }; class C { }; int main() { A a; B b; C c; cout sizeof(a) endl; cout sizeof(b) endl; cout sizeof(c) endl; return 0; }上面的程序运行后我们看到没有成员变量的B和C类对象的大小是1为什么没有成员变量还要给1个字节呢因为如果一个字节都不给怎么表示对象存在过呢所以这里给1字节纯粹是为了占位标识对象存在。3.this指针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和Print函数时该函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢那么这里就要看到C给了一个隐含的this指针解决这里的问题。编译器编译后类的成员函数默认都会在形参第一个位置增加一个当前类类型的指针叫做this指针。比如Date类的Init的真实原型为void Init(Date* const this, int year, int month, int day)类的成员函数中访问成员变量本质都是通过this指针访问的如Init函数中给_year赋值this-_year year;C规定不能在实参和形参的位置显示的写this指针编译时编译器会处理但是可以在函数体内显示使用this指针。#includeiostream using namespace std; class Date { public: // void Init(Date* const this, int year, int month, int day) void Init(int year, int month, int day) { // 编译报错error C2106: “”左操作数必须为左值 // this nullptr; // this-_year year; _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(d1, 2024, 3, 31); d1.Init(2024, 3, 31); d1.Print(); d2.Init(2024, 7, 5); d2.Print(); return 0; }下面通过两个选择题测试一下前面的知识学得如何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#includeiostream using namespace std; class A { public: void Print() { cout A::Print() endl; } private: int _a; }; int main() { A* p nullptr; p-Print(); return 0; }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#includeiostream using namespace std; class A { public: void Print() { cout A::Print() endl; cout _a endl; } private: int _a; }; int main() { A* p nullptr; p-Print(); return 0; }3. this指针存在内存哪个区域的 ()A. 栈 B.堆 C.静态区 D.常量区 E.对象里面也有可能在寄存器中答案CBA4.C和C语言实现Stack对比面向对象三大特性封装、继承、多态下面的对比我们可以初步了解一下封装。通过下面两份代码对比我们发现C实现Stack形态上还是发生了挺多的变化底层和逻辑上没啥变化。C中数据和函数都放到了类里面通过访问限定符进行了限制不能再随意通过对象直接修改数据这是C封装的一种体现这个是最重要的变化。这里的封装的本质是一种更严格规范的管理避免出现乱访问修改的问题。当然封装不仅仅是这样的我们后面还需要不断的去学习。C中有一些相对方便的语法比如Init给的缺省参数会方便很多成员函数每次不需要传对象地址因为this指针隐含的传递了方便了很多使用类型不再需要typedef用类名就很方便。C实现Stack代码#includestdio.h #includestdlib.h #includestdbool.h #includeassert.h typedef int STDataType; typedef struct Stack { STDataType* a; int top; int capacity; }ST; void STInit(ST* ps) { assert(ps); ps-a NULL; ps-top 0; ps-capacity 0; } void STDestroy(ST* ps) { assert(ps); free(ps-a); ps-a NULL; ps-top ps-capacity 0; } void STPush(ST* ps, STDataType x) { assert(ps); // 满了扩容 if (ps-top ps-capacity) { int newcapacity ps-capacity 0 ? 4 : ps-capacity * 2; STDataType* tmp (STDataType*)realloc(ps-a, newcapacity * sizeof(STDataType)); if (tmp NULL) { perror(realloc fail); return; } ps-a tmp; ps-capacity newcapacity; } ps-a[ps-top] x; ps-top; } bool STEmpty(ST* ps) { assert(ps); return ps-top 0; } void STPop(ST* ps) { assert(ps); assert(!STEmpty(ps)); ps-top--; } STDataType STTop(ST* ps) { assert(ps); assert(!STEmpty(ps)); return ps-a[ps-top - 1]; } int STSize(ST* ps) { assert(ps); return ps-top; } int main() { ST s; STInit(s); STPush(s, 1); STPush(s, 2); STPush(s, 3); STPush(s, 4); while (!STEmpty(s)) { printf(%d\n, STTop(s)); STPop(s); } STDestroy(s); return 0; }C实现Stack代码#includeiostream using namespace std; typedef int STDataType; class Stack { public: // 成员函数 void Init(int n 4) { _a (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n); if (nullptr _a) { perror(malloc申请空间失败); return; } _capacity n; _top 0; } void Push(STDataType x) { if (_top _capacity) { int newcapacity _capacity * 2; STDataType* tmp (STDataType*)realloc(_a, newcapacity * sizeof(STDataType)); if (tmp NULL) { perror(realloc fail); return; } _a tmp; _capacity newcapacity; } _a[_top] x; } void Pop() { assert(_top 0); --_top; } bool Empty() { return _top 0; } int Top() { assert(_top 0); return _a[_top - 1]; } void Destroy() { free(_a); _a nullptr; _top _capacity 0; } private: // 成员变量 STDataType* _a; size_t _capacity; size_t _top; }; int main() { Stack s; s.Init(); s.Push(1); s.Push(2); s.Push(3); s.Push(4); while (!s.Empty()) { printf(%d\n, s.Top()); s.Pop(); } s.Destroy(); return 0; }结语这篇文章全文由作者手写图片由画图软件所制无AI制作希望各位博友能有所收获欢迎各位博友的讨论觉得不错的小伙伴别忘了点赞关注哦~