C++对象模型初探

Posted 2021-12-06 每天告诉自己要努力

1. 成员变量和成员函数是分开存储的，意思就是说，成员函数严格来说不属于类的。C语言中的结构体是只存放变量，要在结构体之外声明定义实现函数。C++抽象出类的思想，把成员变量和成员函数封装在一个类中。C++在代码编写的时候看起来好像的确是把二者放在类内一起写，但是实际上成员函数跟成员变量是分开存储的。成员变量是属于类的，而成员函数则像静态成员函数一样是一块共享的数据，他们不属于类。因此当同一个类的不同对象访问同一个成员函数时，实际上是访问同一块地址空间。只有非静态成员变量才属于对象身上。

类内的数据和操作是分开存储的，并且每一个非内联成员函数只会诞生一份函数实例，也就是说多个同类型的对象会共享一块代码。

2. 空类的大小是1，因为类自己也可以作为一个被访问的“实例对象”（直接通过类名访问），因此就算是空类，内部也会维护一个char类型指针维护这个可以被当做实例访问的地址。这个大小为1的内存代表着这个类抽象出的实例的独有的地址（类似于准备出生的婴儿也要给他一个唯一的身份证），假如现在空类里面加入一个int型变量，则这个int型变量会找到这个大小为1的内存地址开始存储数据，所以会覆盖掉这个大小为1的内存。因此加入一个int变量之后，类的大小是4而不是5。

这里会引出内存对齐的概念，如果不修改对齐方式，则默认为内存对齐。内存对齐是什么意思呢？接着上面的例子，空类的大小为1，空位中加入了一个int型变量之后大小一共为4，那么此时在加入一个double变量之后，大小不是12，而是16。内存对齐就是把变量中内存最大的大小作为一个基准值，比如这里的double是8，基准值是8。空类中加入一个int之后，大小是4，对于8的基准值来说，一块基准值还剩下（8- 4 ）= 4 的大小，然而剩下的这4放不下一个double，因此需要去下一块基准值去存放这个double。加入了double之后，也就是16的大小了。这16的大小里面分为了两块基准值，第一块是int+4个空，第二块是存放double。以此类推……

3. 前面说到对于一个类对象的成员函数是共用一块代码的，C++是通过提供特殊的对象指针（this指针）区分不同的对象。

this指针指向被调用的成员函数所属的对象。

#include <iostream>
using namespace std;
//创建一个人类
class Person {
public:
	void func() {}  //成员函数
	string m_name;
	int age;
};

int main () {	
	Person p1;
	p1.func();//编译器回偷偷加入一个this指针 Person *this
	//实际上执行的是 void func（Person *this），this此时代表p1这个对象，以此来区分是哪个对象访问该成员函数
	return 0;
}

在上述代码中：当创建了一个p1对象之后，当p1调用成员函数func时，因为实际上func这个成员函数是只有一个，因此编译器会借助this指针偷偷传入p1对象，也就是 void func（Person *this），因为是p1调用的（p1.func()；），所以这个this是代表着p1这个对象。如果是其他对象调用func也是同理，虽然不同的对象都是共用一个func函数，但是依靠this指针可以让func区分是哪个对象在调用。

this指针是隐含在对象成员函数内的一种指针（构造拷贝析构函数中也有）。当一个对象被创建后，该对象的每一个成员函数都含有一个系统自动生成的隐含this指针，用以保存该对象的地址。也就是说虽然我们没有在成员函数的实现内写上this指针，但是编译器在编译时是会自动加上的。this指针称为“指向本对象的指针”，永远指向当前对象。this指针是隐含在每一个类的非静态成员函数中的，对象的非静态成员函数是不属于对象的，因此this指针当然也不属于对象，所以this指针不会影响sizeof(对象)的结果。

this指针是C++实现封装的一种机制，它将对象和调用该对象的成员函数连接在一起。在外部看来，每一个对象都拥有自己的成员函数。一般情况下，并不用写this指针，系统会默认帮忙处理。

因为静态成员函数只有静态成员变量可以访问，而且静态成员函数是共享数据的，所以静态成员函数是没有this指针的。

4. this指针指向对象本体，所以解引用之后就等于对象本体。

class Person {
public:
	person(int age) {
		this->age = age;
	}
	int age;
public:
	Person& plusAge(Person &p) {
		this->age += p.age;
		return *this;
	}
};

int main() {
	Person p1(10);
	Person p2(10);
	p1.plusAge(p2).plusAge(p2);//链式编程思想，可以一直链接下去
	//plusAge返回值是调用他的对象，所以p1.plusAge(p2)的返回值是加上p2年龄之后的p1对象，所以可以继续调用成员函数。
	return 0;
}

注意：plusAge成员函数的返回值是引用，表明返回的是对象本身。如果把引用去掉，就是值拷贝的返回，也就是说会返回一个跟对象本身的值一样的另一个不存在的对象（编译器自动做了浅拷贝）。如果把引用去掉之后，第一次调用会给p1成功添加年龄，但是由于第一次调用成功之后返回的已经不是p1对象本身了，所以后面的链式编程已经不会对p1有影响。
成员函数的返回值是引用还是非引用，看业务需要来定。

5. 空指针访问成员函数

class Person {
public:
	Person (int age) {
		this->m_age = age;
	} 
	void show1() {
		cout << "该函数没用到this指针，所以空指针也可以访问"<< endl;
	}
	void show2(int age) {
		if (this == NULL) return;//用到了this指针，要做个判断
		this->m_age = age;//相当于 NULL->m-age = age; 访问了不存在的地址。
		cout << "该函数用到this指针，所以要做安全处理"<< endl;
	}
	int m_age;
};

int main () {
	Person *p = NULL;
	p->show1(); //可以成功访问，show1里面没用到this指针
	p->show2(10); //用到了this指针，如果不加安全判断，则程序会崩溃
	return 0;
}

①如果成员函数没有使用到this指针，则空指针可以方法该成员函数
②如果成员函数有使用到this指针，则空指针不能访问该成员函数（加上空判断防止该情况）

6. 常函数和常对象

上面说的this指针，之所以this指针永远指向它的本体对象，
是因为this本质上是一个指针常量 Person * const this，指针的指向不能改变。
也就是说this指针绑定了本体对象，指向不能变，但是这个对象的变量可以变。

如果希望this指针指向的对象的变量也不要变，那么就要改成const Person * const this
既然this指针是编辑器自动会帮忙处理，那么我们就要在代码中给编译器一个提示，所以就引入了一个常函数的概念，就是在成员函数的后面加上const，那么当某个对象调用这个成员函数的时候，会自动为this指针加上const修饰，然后再传入成员函数。

**普通成员函数**
class Person {
public:
	void showAge() {
		//普通成员函数
		this->m_age = 100;//该this指针是一个指针常量，永远指向p，但是p的成员属性可以改变。
	}
	int m_age;
};

int main() {
	Person p;
	p.showAge();//这里相当于是传入了 Person * const this 指针；
	//p.showAge(Person * const this);
	return 0;
}

**常函数**
class Person {
public:
	void showAge() const {
		this->m_age = 100;//该操作错误
		//加上了const之后，showAge这个成员函数就变成了常函数，在常函数内不能修改成员的属性

		this->m_mutable_age = 100;//加了mutable关键字之后可以修改
	}
	int m_age;
	mutable int m_mutable_age;
};

int main() {
	Person p;
	p.showAge();//这里相当于是传入了 const Person * const this 指针；
	//p.showAge(const Person * const this);
	return 0;
}

**常对象，常对象只能调用常函数，因为常对象的成员属性是不能改变的。
但是普通的成员函数是有可能会修改成员属性，而常函数是无法修改成员属性的。
所以一般常对象跟常函数是搭配使用的。
const Person p;//在类名前加const，变成了常对象
p.m_age = 100; //错误操作，常对象的成员属性不能改变
p.m_mutable_age = 100;//正确操作，常对象的成员属性不能改变，除非该成员属性有mutable修饰

7. 友元
   全局函数、类、别的类的成员函数 ，三者可以做友元。

现在有一个A类，A类里面有私有的成员变量a
现在有一个B类，B类里面有一个成员函数b（公有、私有都可以）
现在还有一个全局函数C

如果B类想要访问A类的私有成员变量a，就要把B类设置为A类的友元
如果B类里的成员函数b想要访问A类的私有成员变量a，就要把B类的成员函数b设置为A类的友元
如果全局函数C想要访问A类的私有成员变量a，就要把全局函数C设置为A类的友元