C++类和对象
Posted 小倪同学 -_-
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C++类和对象相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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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。
例：
struct test
{
// 定义变量
int a = 10;
double b = 3.14;
// 定义函数
int ADD(int x, int y)
{
return x + y;
}
};
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。
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。
类的定义方式：
- 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。
- 声明放在.h文件中，类的定义放在.cpp文件中
一般情况下，更期望采用第二种方式。
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】
- 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(此处protected和private是类似的)
- 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
- 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
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是的成员默认访问方式是private。
类的封装
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。
我们使用类数据和方法都封装到一起。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。
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;
}
类的实例化
用类类型创建对象的过程，称为类的实例化
- 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
- 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
- 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
类对象模型
如何计算类对象的大小
class Person
{
public:
void PrintA()
{
cout << _name <<" "<< _sex <<" "<< _age << endl;
}
public:
char* _name;
char* _sex;
int _age;
};
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？
类对象的存储方式猜测
- 对象中包含类的各个成员
缺陷：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。
- 只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段
对于上述两种存储方式，那计算机到底是按照哪种方式来存储的？我们再通过对下面的不同对象分别获取大小来分析
// 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()
{
cout << "sizeof(A1)=" << sizeof(A1) << endl;
cout << "sizeof(A2)=" << sizeof(A2) << endl;
cout << "sizeof(A3)=" << sizeof(A3) << endl;
}
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。
结构体内存对齐规则
- 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
内存对齐在自定义类型中有详细讲解
this指针
this指针的引出
先看如下代码
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(2021, 4, 1);
d2.SetDate(2021, 10, 9);
d1.Display();
d2.Display();
return 0;
}
看到运行结果我们不禁会有一个疑问
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d1调用SetDate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，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。
this指针的特性
- this指针的类型：类类型* const
- 只能在“成员函数”的内部使用
- 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。
- 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
观察下面代码，你认为运行结果如何
class A
{
public:
void PrintA()
{
cout << _a << endl;
}
void Show()
{
cout << "Show()" << endl;
}
private:
int _a;
};
int main()
{
A* p = nullptr;
// p->Show();
// p->PrintA();
}
运行后会发现p->Show() 可以正常运行，p->PrintA() 运行崩溃了，这时为什么呢？
成员函数的地址并不存在于对象中，而是存在于公共代码段，上面的代码中调用函数时将p传给了隐含的this指针，并不会去访问p所指向的空间，就不存在空指针的解引用，因此程序可以并编译成功。而调用Show函数也没有对this指针解引用，因此程序运行成功了；调用Print函数需要打印_a,此时对this指针解引用，而this指针接收的是nullptr,无法解引用，所以程序崩溃。
以上是关于C++类和对象的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章