C++(9)—类和对象(上) ②实例化

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文章目录

• 前言
• 一、实例化概念
• 二、对象大小
  • 1.对象存储
  • 2.内存对齐规则
• 总结

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前言

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、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，是⼀个模型⼀样的东西，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。

在面向对象编程（OOP）中，实例化（Instantiation）是指创建一个类的实例的过程。这个实例，也称为对象，是类的具体化，拥有类定义的属性和行为。实例化使得抽象的类概念成为具有具体数据和功能的实体。

实例化过程包括以下几个关键点：

1. 创建对象：在内存中分配空间以存储对象的状态（成员变量）。

2. 初始化：设置对象的初始状态。这可能涉及到调用构造函数来初始化成员变量。

3. 分配内存：对象可能在栈上（自动存储期）或堆上（动态存储期）创建。栈上的对象在作用域结束时自动销毁，而堆上的对象需要手动管理其生命周期。

实例化的例子：

class MyClass {
public:int value;MyClass(int val) : value(val) {} // 构造函数
};int main() {MyClass obj(10); // 在栈上实例化对象，初始化value为10MyClass* ptr = new MyClass(20); // 在堆上实例化对象，初始化value为20// 使用obj和ptr// ...delete ptr; // 释放堆上分配的内存return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个简单的类 MyClass，它有一个公有成员变量 value 和一个构造函数。在 main 函数中，我们实例化了两个 MyClass 对象：一个是栈上的对象 obj，另一个是堆上的对象 ptr。

实例化的特点：

• 栈上实例化：对象的生命周期与创建它的函数或代码块相同。当函数结束或代码块执行完毕时，对象会被自动销毁。

• 堆上实例化：对象的生命周期由程序员控制，需要使用 new 操作符来创建对象，并使用 delete 来释放内存。这允许对象在创建它的函数之外存活。

• 默认构造函数：如果没有显式定义构造函数，编译器会提供一个默认构造函数，它不执行任何初始化。

• 拷贝构造函数：用于创建一个对象作为另一个同类型对象的副本。如果没有定义拷贝构造函数，编译器会提供一个默认的拷贝构造函数。

• 构造函数重载：可以为类定义多个构造函数，它们可以有不同的参数列表，这允许以不同的方式初始化对象。

实例化是面向对象编程中创建和使用对象的基本操作，它使得类的概念得以在程序中具体实现和操作。

#include<iostream>
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;
}

二、对象大小

1.对象存储

这段内容讨论了C+++中对象大小的概念，特别是对象如何存储成员变量和成员函数，以及内存对齐规则对对象大小的影响。以下是对这段内容的总结：

对象存储方式设计

1. 成员变量存储：对象中存储的是成员变量，这些变量是对象状态的具体表示。每个对象都有自己的成员变量副本，用于存储各自的数据。

2. 成员函数存储：成员函数本身不存储在对象中。成员函数在编译后被转换为机器指令，存储在代码段中。对象中存储的是成员函数的地址（即函数指针），这些指针指向代码段中的函数实现。

3. 函数指针：函数指针在编译时就已经确定，不需要在每个对象中重复存储。只有在动态多态的情况下，函数地址才需要在运行时确定，这时才需要存储函数地址。

2.内存对齐规则

内存对齐规则

1. 第一个成员变量：在结构体或类中，第一个成员变量的偏移量为0。

2. 其他成员变量：其他成员变量的地址需要对齐到某个数字（对齐数）的整数倍。这个对齐数是编译器默认的对齐数与成员变量大小的较小值。

3. 编译器默认对齐数：在Visual Studio（VS）中，默认的对齐数为8字节。

4. 结构体总大小：结构体的总大小是所有成员变量最大对齐数的整数倍。如果结构体中嵌套了其他结构体，那么嵌套的结构体也需要对齐到自己的最大对齐数。

#include<iostream>
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;
}

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总结

• 对象实例化时，只存储成员变量，不存储成员函数的代码。
• 成员函数的地址（函数指针）在对象中存储，用于调用成员函数。
• 内存对齐规则确保了成员变量的地址是其大小的整数倍，这有助于提高内存访问的效率。
• 结构体或类的大小由其成员变量的最大对齐数决定，以确保内存布局的效率。

这段内容强调了在设计类和结构体时，内存对齐是一个重要的考虑因素，它影响着对象的存储和性能。通过理解这些概念，开发者可以更好地控制对象的内存布局，优化程序的性能。