C++基础二类和对象（上篇）（10000字掌握C++类核心内容）
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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++基础二类和对象（上篇）（10000字掌握C++类核心内容）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
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1.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
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。
以我们的生活中的点外卖为例：
面向过程关注的是：如何一步步实现从选餐、订餐、送餐、取餐的各个功能模块
面向对象关注的是：点餐用户及用户的操作（比如下单、评价等）、餐店店铺及相应操作（添加新菜品，删除菜品，设置价格等）、送餐人员（所在位置、路径规划、接单等）
可以很清楚的感受到，一个关注于过程及其实现，一个关注于一个个对象及其操作。
面向过程：数据和方法是分离的
面向对象：数据和方法是封装在一起的
2.类的引入
在C语言中，结构体内部只能定义变量。而在C++中，结构体内部不仅可以定义变量，也可以定义函数。也就是说在结构体内部既有数据（成员变量），又有方法（成员函数）。
//C语言中struct的使用方式
struct SNode
int val;
struct SNode* next;//这里必须要struct SNode*，不能直接使用SNode*
;
struct SNode
void InitSNode();//可以直接在结构体内部定义函数
void PrintSNode();
void PushSNode(int x);
int val;
SNode* next;//这里可以直接使用SNode*，C++中结构体定义中默认设置了typedef功能，
//所以不需要额外的typedef
;
C语言的结构体关键字 struct 到了C++后，既沿用了原来的C语法，同时又将其升级成了类。
虽然可以直接用struct来定义类，但是在C++当中更喜欢用class来代替struct。（class是一个关键字，表示类）
3.类的定义
class className
//类体：由成员变量和成员函数组成
;//要注意这里有分号;
class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，花括号 中为类的主体，注意类定义结束时后面有分号。
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。
类的两种定义方式:
1）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。
//方式一：声明和定义全在类内部
class SNode
public:
void ShowVal()
cout << val << endl;
private:
int val;
SNode* next;
;
2）声明和定义分开，声明放到.h文件中，定义放到.cpp文件中
//在SNode.h文件中声明
#include<iostream>
using namespace std;
//方式一：声明和定义全在类内部
class SNode
public:
void ShowVal();
private:
int val;
SNode* next;
;
//在SNode.c中实现函数
#include"SNode.h"
void SNode::ShowVal()//这里主要要使用SNode::,类名+域作用符，否则找不到函数
cout << val << endl;
一般而言，更建议使用第二种方式，将声明和定义分离。
4.类的访问限定符及封装
4.1 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，如果没有下一个访问限定符，就到花括号 结束的位置。
4）class的默认访问权限是private，struct的默认访问权限是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
【面试题】
问题:C++中struct和class的区别是什么?
解答: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。
4.2 封装
【面试题】面向对象的三大特性:封装、继承、多态。（其他特性：抽象，反射（Java））
在类和对象阶段，我们只研究类的封装特性，那什么是封装呢?
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。
类的定义和设计就体现了封装思想。
封装本质上是一种管理：我们如何管理兵马俑呢?
比如如果什么都不管，兵马俑就被随意破坏了。那么我们首先建了一座房子把兵马俑给封装起来。但是我们目的不是为了封装起来不让别人看。所以我们开放了售票通道，可以买票突破封装在合理的监管机制下进去参观。类也是一样，我们使用类将数据和方法都封装到一起。不想给别人看到的，我们就使用protected/private把成员封装起来。同时用public开放一些共有的成员函数来对成员变量进行合理的访问。所以封装本质就是一种管理。
问题：封装好还是不封装好？为什么？
答：封装好。
不封装，比较自由，虽然可以随便访问数据和方法，但是需要用的人比较懂规范，能恪守规则，不然容易破环数据
封装，数据和方法都放到类里面，想给你访问的，定义成公有的，不想给你访问的，定义成私有，强制你恪守规则
#include<iostream>
using namespace std;
//如何定义一个类class？
//封装
//1、将数据和方法定义到一起
//2、把想给你看到的数据定义成公有类型public展示，
//不想给你看的内容封装起来（private、protected），访问限定符。
class Stack //相当于声明
//1、成员函数
//通过成员函数来访问和修改成员变量
public:
void Push(int x);
void Pop();
bool Empty();
//2、成员变量
private:
int* _a;
int _size;
int _capacity;
;
//1、C语言中struct是用来定义结构体的
//2、C++中，兼容C的struct定义结构体的用法，但是同时sturct也可以用来定义类。
//3、C++中使用class和struct定义类的区别？ 默认的访问限定符不同 class默认为private struct默认public
struct ListNode_C
int val;
struct ListNode_C* _next;
struct ListNode_C* _prev;
;
struct ListNode_CPP
int val;
struct ListNode_CPP* next;//兼容C语言
ListNode_CPP* _prev;//可以直接用ListNode_CPP* 表示一个类
//还可以定义函数
ListNode_CPP* CreateNode(int val);
;
int main()
//类实例化出对象，相当于定义出了类的成员变量
//相当于拿着设计图纸去建造具体的房子
Stack s1;
Stack s2;
Stack s3;
//s1.a = nullptr;//private 成员不能在外面直接访问
s1.Push(1);//Puch只是声明，没有定义
//类中声明的函数定义的两种方式 类里面定义 类外面定义
return 0;
void Stack::Pop()//需要指明函数所属类的名称
//...
【面试题】
声明和定义的区别是什么？
声明是一种承诺，承诺要干什么，但是还没做，定义就是将承诺的事情落地了。
class classname
//…成员函数、成员变量
这是类的声明，如果用这个类来创建一个对象，那就是类的定义。
5.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（也就是类 花括号外）定义成员，需要使用 :: 作用域解析符来指明成员属于哪个类域。否则编译器可能会找不到这个成员所属类域，导致编译失败。
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;
6.类的实例化
用类的类型创建对象的过程，称为类的实例化
1.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
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
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
对比理解：类的实例化就跟用某种类型创建该类型的变量一样，比如说用int类型来创建一个int类型的变量，就是int类型的实例化，int类型本身不占用存储空间，类似设计图纸，只有用int类型来创建一个int类型变量，才占用实际的空间，类似于按照图纸建房子。
注意：成员变量声明是在告诉我们变量的类型、名称，但是没有开辟存储空间。变量和对象的定义开辟了存储空间，这个跟是否初始化没有关系。
7.类对象模型
7.1 如何计算类对象的大小
class A
public:
void PrintA()
cout << _a << endl;
private:
int _a;
;
问题：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（类的实例化）中包含了什么？如何计算一个类的大小？
7.2 类对象的存储方式猜测
方式一：既有成员变量，又有成员函数。
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。那么如何解决呢?
2）只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段
问题：对于上述两种存储方式，那计算机到底是按照那种方式来存储的?
我们再通过对下面的不同对象来进行分析
#include<iostream>
using namespace std;
//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) << endl;
cout << sizeof(A2) << endl;
cout << sizeof(A3) << endl;
return 0;
问题：这里的A2、A3为什么是1而不是0呢？
这里开1个字节不是为了存储数据，而是为了占位置，表示其存在。
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。
空类有什么作用？
空类：仿函数，定义这个类型是去做某些标识，标识迭代器的类型。（空类是有价值的，但是我们目前的知识储备还不够，以后会学~）
7.3 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。
【面试题】
1.结构体怎么对齐?为什么要进行内存对齐
2.如何让结构体按照指定的对齐参数进行对齐？
3.什么是大小端?如何测试某台机器是大端还是小端，有没有遇到过要考虑大小端的场景？
8.类成员函数的this指针
8.1 this指针的引出
我们先来定义一个日期类Date
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;
int _month;
int _day;
;
对于上述类，有这样的一个问题:
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s1调用SetDate函数时，该函数是如何知道应该设置s1对象，而不是设置s2对象呢?
C++中通过引入（隐含的）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。
当然实际的调用也做了一些处理
这个this指针指向的就是调用对象。（谁调用this指针，this指针就指向谁）
class Date
public:
//void Display(Date* this)
void Display()
cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
//cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" <<this-> _day << endl;
//void SetDate(Date* this,int year,int month,int day)
void SetDate(int year, int month, int day)
_year = year;//this->_year = year;
_month = month;//this->_month = month;
_day = day;//this->_day = day;
private:
int _year;//年
int _month;//月
int _day;//日
;
int main()
Date d1, d2;
d1.SetDate(2021, 8, 19);//d1.SetDate(&d1,2021,8,19)
d2.SetDate(2021, 8, 20);//d2.SetDate(&d2,2021,8,19)
d1.Display();//d1.Display(&d1)
d2.Display();//d2.Display(&d2)
return 0;
8.2 this指针的特性
1）this指针的类型:类类型* const
2）只能在"成员函数"的内部使用
3）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。
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
【面试题】
1）this指针存在哪里?（也就是存在进程地址空间的哪个区域？）
答：栈上的，this指针是一个形参，函数调用的时候才会创建，存在于栈区。（特殊情况：vs下this指针是存在ecx这个寄存器中的）
2）this指针可以为空吗?
#include<iostream>
using namespace std;
//1.下面程序能编译通过吗？
//2.下面程序会崩溃吗？在哪里崩溃？
class A
public:
void PrintA()
cout << _a << endl;
void Show()
cout << "Show()" << endl;
private:
int _a;
;
int main()
A* p = nullptr;
p->PrintA();
p->Show();
return 0;
p->PrintA();//崩溃
p->Show();//正常运行
原因分析：
p->PrintA();//崩溃
PrintA()中打印_a的值，也就是访问了成员变量，隐含了一个this指针，PrintA()—> PrintA(A* this)
p->PrintA()这句调用会访问指针p指向对象中的_a成员，但是p指针本身就是空指针nullptr，指向一个空的空间，没有指向的对象，去访问一个nullptr指向的内容，也就是对空指针的解引用操作，这是非法操作！
p->Show();//正常运行
Show()函数中仅仅是打印"show()"，并不会访问对象的成员。也就是Show()函数虽然包含this指针，Show()—> Show(A* this)，但是并不会去访问this指针，自然也就不会有非法访问的情况。
成员函数的地址不在对象中存储，而是在公共代码段。这里调用成员函数，不会去访问p指向的空间，也就不存在空指针解引用的问题。这里只会把p传递给隐含的this指针，但是Show( )函数也没有解引用this指针。
思维导图总结
以上是关于C++基础二类和对象（上篇）（10000字掌握C++类核心内容）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
C++基础二类和对象（上篇）（10000字掌握C++类核心内容）
C++基础一C++基础入门（20000字掌握C++基础知识)
C++基础一C++基础入门（20000字掌握C++基础知识)