C++类和对象（上篇）

Posted 2022-03-19 Suk-god

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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（上篇）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

面向过程 && 面向对象
类 && 对象
- 概念区分
- 类的定义
类的访问限定符及封装
类的作用域
- C++中的作用域
- 类域
类的实例化
类对象模型
this指针

面向过程 && 面向对象

面向过程，关注的是过程，分析求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题
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 && 对象

概念区分

类：用来对实体（对象）进行描述，对象有什么属性以及对象具有什么功能。是一种自定义类型
对象：现实生活中实实在在存在的，对象是类的具体表现。用类类型创建出来的变量—>对象

类的定义

使用struct和class都可以定义类，在C++中一般使用class定义类

格式：class classname.........;

class：定义类的关键字
classname：类的名称
…为类的主体，以;结尾

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

类的两种定义方式
1、声明和定义都放在类体中
注意：成员函数如果在类中定义，编译器可能会将其当做内联函数处理

2、声明和定义分开

一般情况下，推荐使用方式2

类的访问限定符及封装

访问限定符

限定符种类

public（公有）
修饰的成员在类外可以直接被访问
protected（保护）
修饰的成员在类外不能直接被访问
private（私有的）
修饰的成员在类外不能直接被访问

目前看来，protected与private没有什么区别（实质上并不是，后续学到后再补充）

限定符作用域

访问权限的作用域从该访问限定符出现的地方开始，直到下一个访问限定符出现为止

几点补充

class的默认访问权限为private，struct的默认访问权限为public（因为要兼容C）
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

面试题：C++中class和struct的区别是什么

解答：

C++需要兼容C语言，所以C++中的struct可以当做结构体去使用。
C++中的struct还可以定义类，和class定义类是一样的。区别是struct的类成员默认访问方式是public，class的类成员默认访问方式private

封装

什么是封装？

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

C++如何实现封装的？

用类将对象的属性和方法结合在一块，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

面向对象的三大特征

封装继承多态

有时候会说四大特征：在原有的基础上增加一个抽象

抽象：对一个复杂事物的认知过程

类的作用域

C++中的作用域

全局作用域
函数体内部的局部作用域
命名空间
类域

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，需要使用 :: 作用域解析符指明成员属于哪个类域。

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

类对象模型

计算类对象的大小

分析：类实例化出来的对象中不仅有成员变量，还有成员函数。

因此我们就有以下几种设想：

计算一个类的大小是类中成员变量的大小 + 成员函数的大小
成员函数单独存储一份，不同的变量调用同一个成员函数，因此只需要计算成员变量的大小 + 一个指针的大小（该指针指向单独存储的成员函数）

接下来我们实际验证一波儿

事实告诉我们我们上面的两种设想都是错误的！！！
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！！！

空类的大小是多少呢？
测试一把
在VS013环境下：

关于空类大小为1的原因解释见下图：

在Linux环境下

它的结果也是1

类对象的存储方式

事实证明，在计算类对象大小的时候，不需要考虑成员函数，因为成员函数是被存储在公共代码区的

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。

几道面试题

结构体如何对齐，为什么要进行内存对齐？？
如何对齐，主要有4步骤：
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（对齐数）的整数倍的地址处
对齐数指的是min（编译器默认对齐数，成员变量大小）其中VS的默认对齐数是8
③结构体总的大小要满足最大对齐数的整数倍
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。结构体整体的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
为什么要进行内存对齐，原因有两点：
第一：平台原因
不是所有的硬件平台都能访问任意地址上的任意数据的，某些硬件平台只能在某些地址处取某些特定类型的数据，否则抛出硬件异常
第二：性能原因
数据结构（尤其是栈）应该尽可能的在自然边界上对齐。原因在于，为了访问未对齐的内存。处理器需要做两次内存访问。而对齐后的内存访问只需要一次访问。
总的来说，结构体内存对齐是拿空间换时间的做法
如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐
使用预处理命令

设置默认对齐数

 #pragma pack(xxx) //xxx：想要设置的默认对齐数

恢复默认对齐数

#pragma pack()

结构体在对齐方式不合适的时候，我们可以自己更改默认对齐数

什么是大小端？如何测试某台机器是大端还是小端。
大小端：说的是数据在内存当中存储的两种不同方式

测试大小端的3种方式:
①对一个整型变量赋初值为1，然后采用char*的指针去访问这个整数

我的机器为小端

②采用联合结构union

小端，验证完毕
③通过在VS中查看内存布局确定
空类有多大，为什么？

this指针

引入

问题：在Init() 和 Print()成员函数中，没有任何关于对象的说明，那这些成员方法在执行的时候，是如何知道要对哪个对象操作的？

这就是this指针的作用！！

即：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（程序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

面试题

this指针存在哪里？
解答：this指针存放在栈上
验证：
思路：定义this的引用类型变量，打印this的地址与esp(栈顶)ebp(栈底)地址比较，如果在两者之间，就说明是在栈上定义的
this指针可以为空吗？
解答：可以！
但是当this指针为空后，在调用成员函数的时候可能会崩溃。

上面是对类的定义
紧接着看下面的代码片段

首先，它是可以通过编译的，指针P的值会由编译器传递给this指针，那么也就是说，this指针是可以为空的。
紧接着我们向下运行代码：

紧接着进入Init函数的内部

我们发现程序崩溃了。