C++类与对象(上)

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。拿洗衣服来举例子：

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。

类的引入

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：之前在数据结构初阶中，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。

#include<iostream>
using namespace std;typedef int DataType;
struct Stack
{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){// 扩容_array[_size] = data;++_size;}DataType Top(){return _array[_size - 1];}void Destroy(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}//C++中类的的成员变量定义在成员后面也无妨，在这个域里面成员变量是全局的（相对于这个域来说）DataType* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};
int main()
{Stack s;s.Init(10);s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);cout << s.Top() << endl;s.Destroy();return 0;
}

上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替。

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。

class Person
{
public:void showInfo(){cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;}
public:char* _name; //姓名char* _sex;  //性别int _age;    //年龄
};

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::

一般情况下，更期望采用第二种方式分开写的方式。
成员变量命名规则的建议：

// 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;
};

这里编译器无法识别year是成员变量还是函数形参所以一般都这样

// 所以一般都建议这样
class Date
{
public:void Init(int year){_year = year;}
private:int _year;//
};

或者这样：

// 或者这样
class Date
{
public:void Init(int year){mYear = year;}
private:int mYear;
};
// 其他方式也可以的。一般都是加个前缀或者后缀标识区分就行。

类的访问限定符及封装

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】

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
4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
5. 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

C++中struct和class的区别是什么？
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。注意：在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别，后序给大家介绍。

封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态
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。
在C++语言中实现封装，可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来隐藏对象内部实现细节，控制哪些方法可以在类外部直接被使用。

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。
例如：

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;
}

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。
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

class Person
{
public:void PrintPersonInfo();
public: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;
}

错误示范：

int main()
{Person._age = 100;// 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”
}

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。
正确的：

int main()
{Person p1;p1._age = 100;return 0;
}

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。

例如：

class Person
{
public:void showInfo();public:char* _name; //姓名char* _sex;  //性别int _age;    //年龄
};
void Person::showInfo()
{cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;
}
int main()
{Person man;//用Person类 类型创建对象man，也就是实例化，此时开辟了空间man._name = (char*)"Jack";man._age = 10;man._sex = (char*)"男";man.showInfo();return 0;
}

类对象模型

如何计算类对象的大小

class A
{
public:void PrintA(){cout << _a << endl;}
private:char _ch;//1int _a;//4
};

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？

class A
{
public:void PrintA(){cout << _a << endl;}
private:char _ch;//1int _a;//4
};int main()
{A a;a.PrintA();A b;b.PrintA();cout << sizeof(A) << endl;	return 0;
}

所以类对象中只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

那么类对象的计算方法和结构体计算方法类似了，注意内存对齐即可。

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。

三种情况

类中既有成员变量，又有成员函数

class A1 {
public:void f1() {}
private:int _a;
};

只存储成员变量，按照计算结构体大小的方法，注意内存对齐
类中只有成员函数

class A2 {
public:void f2() {}
};

对象中不存储成员函数，但是为了保证存在这个对象，会给对象开辟一个字节的空间来唯一标识这个类的对象。
类中什么都没有——空类

class A3
{};

和仅有成员一样，不存储任何东西，根据C++标准，一个空类的大小通常不是0。这是因为每个对象在内存中都需要一个唯一的地址，而大小为0的对象无法满足这个条件。一些编译器可能会为这样的空类分配至少一个字节的大小，以确保每个对象都有一个唯一的地址。这被称为“空类优化”的一种形式，它避免了两个空类对象可能有相同地址的问题。

this指针

this指针的引出

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;int _month;int _day;
};
// 年
// 月
// 日
int main()
{Date d1, d2;d1.Init(2022, 1, 11);d2.Init(2022, 1, 12);d1.Print();d2.Print();return 0;
}

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。
其实在编译中是这样的，只不过被隐藏了：

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，即this指针不能修改，但是this指针修饰的内容可以修改。
2. 只能在“成员函数”的内部使用
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。
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

总结：
也即是说this本质是形参，所以this指针跟普通参数一样存在函数调用的栈桢里面。vs编译器对this指针传递，进行优化，对象地址是放在ecx，ecx存储this指针的值。
例题：

// 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
class A
{
public:void Print(){cout << "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
class A
{
public:void PrintA(){cout << _a << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->PrintA();return 0;
}