【C++类和对象上：解锁面向对象编程的奇妙世界】（上）：https://developer.aliyun.com/article/1425394

7.类对象模型

7.1 如何计算类对象的大小

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

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。那么如何解决呢？

代码只保存一份，在对象中保存存放代码的地址

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

问题：对于上述三种存储方式，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分别获取大小来分析看下

// 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()
{
    A1 a1;
    A2 a2;
    A3 a3;
    cout << sizeof(a1) << endl;
    cout << sizeof(a2) << endl;
    cout << sizeof(a3) << endl;
    return 0;
}

运行结果：

结论：一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和，当然要注意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，这个字节不存储有效数据，用来唯一标识这个类的对象存在过。

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。

问题：

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？能否按照3、4、5即任意字节对齐？

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.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 Init(int year, int month, int day)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
private:
  int _year;     // 年
  int _month;    // 月
  int _day;      // 日
};
int main()
{
  Date d1, d2;
  d1.Init(2022, 1, 11);
  d2.Init(2022, 1, 12);
  d1.Print();
  d2.Print();
  return 0;
}

对于上述类，有这样的一个问题：

Date类中有 Init 与 Print 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 Init 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。

8.2 this指针的特性

1. this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。

2. 只能在“成员函数”的内部使用

3. this指针本质上是“成员函数”的形参，当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

5.this指针不能显示的写实参和形参，但是可以在类里面显示的使用。

class Date
{
public:
  void Init(int year, int month, int day)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
  void Print()
  {
    cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
  }
    //编译器内部自动传
  void Print(Data* this)
  {
    cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << this->_day << endl;
  }
private:
    //声明，没有开空间
  int _year;     // 年
  int _month;    // 月
  int _day;      // 日
};
int main()
{
  Date d1, d2;
  d1.Init(2022, 1, 11);
  d2.Init(2022, 1, 12);
  d1.Print();
  d2.Print();
    //编译器内部传地址
    //但是不能显示写this相关的实参和形参
  d1.Print(&d1);
  d2.Print(&d2);
  return 0;
}

问：

1. this指针存在哪里？this是一个形参，存放在栈帧里，vs编译器下，存放的ecx寄存器中。

2. this指针可以为空吗？

// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:
  void Print()
  {
    cout << "Print()" << endl;
  }
//private:
  int _a;
};
int main()
{
  A* p = nullptr;
  //成员函数的地址不在对象中
  //成员变量是存在对象中
  p->Print();
  return 0;
}

成员函数的地址不在对象中，编译正确。

此时this是空指针。

// 1.下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行
class A
{
public:
    void PrintA()
    {
        cout << _a << endl;
    }
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->PrintA();
    return 0;
}

这里访问的是this->_a，由于this是空指针，这里会运行崩溃。

8.3. C语言和C++实现Stack的对比

1. C语言实现

#include <iostream>
using namespace std;
#include<assert.h>
typedef int DataType;
typedef struct Stack
{
  DataType* array;
  int capacity;
  int size;
}Stack;
void StackInit(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  ps->array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
  if (NULL == ps->array)
  {
    assert(0);
    return;
  }
  ps->capacity = 3;
  ps->size = 0;
}
void StackDestroy(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  if (ps->array)
  {
    free(ps->array);
    ps->array = NULL;
    ps->capacity = 0;
    ps->size = 0;
  }
}
void CheckCapacity(Stack* ps)
{
  if (ps->size == ps->capacity)
  {
    int newcapacity = ps->capacity * 2;
    DataType* temp = (DataType*)realloc(ps->array,
      newcapacity * sizeof(DataType));
    if (temp == NULL)
    {
      perror("realloc申请空间失败!!!");
      return;
    }
    ps->array = temp;
    ps->capacity = newcapacity;
  }
}
void StackPush(Stack* ps, DataType data)
{
  assert(ps);
  CheckCapacity(ps);
  ps->array[ps->size] = data;
  ps->size++;
}
int StackEmpty(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  return 0 == ps->size;
}
void StackPop(Stack* ps)
{
  if (StackEmpty(ps))
    return;
  ps->size--;
}
DataType StackTop(Stack* ps)
{
  assert(!StackEmpty(ps));
  return ps->array[ps->size - 1];
}
int StackSize(Stack* ps)
{
  assert(ps);
  return ps->size;
}
int main()
{
  Stack s;
  StackInit(&s);
  StackPush(&s, 1);
  StackPush(&s, 2);
  StackPush(&s, 3);
  StackPush(&s, 4);
  printf("%d\n", StackTop(&s));
  printf("%d\n", StackSize(&s));
  StackPop(&s);
  StackPop(&s);
  printf("%d\n", StackTop(&s));
  printf("%d\n", StackSize(&s));
  StackDestroy(&s);
  return 0;
}

可以看到，在用C语言实现时，Stack相关操作函数有以下共性：

每个函数的第一个参数都是Stack*

函数中必须要对第一个参数检测，因为该参数可能会为NULL

函数中都是通过Stack*参数操作栈的

调用时必须传递Stack结构体变量的地址

结构体中只能定义存放数据的结构，操作数据的方法不能放在结构体中，即数据和操作数据的方式是分离开的，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会出错。

2. C++实现

#include <iostream>
using namespace std;
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
  void Init()
  {
    _array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
    if (NULL == _array)
    {
      perror("malloc申请空间失败!!!");
      return;
    }
    _capacity = 3;
    _size = 0;
  }
  void Push(DataType data)
  {
    CheckCapacity();
    _array[_size] = data;
    _size++;
  }
  void Pop()
  {
    if (Empty())
      return;
    _size--;
  }
  DataType Top() { return _array[_size - 1]; }
  int Empty() { return 0 == _size; }
  int Size() { return _size; }
  void Destroy()
  {
    if (_array)
    {
      free(_array);
      _array = NULL;
      _capacity = 0;
      _size = 0;
    }
  }
private:
  void CheckCapacity()
  {
    if (_size == _capacity)
    {
      int newcapacity = _capacity * 2;
      DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *
        sizeof(DataType));
      if (temp == NULL)
      {
        perror("realloc申请空间失败!!!");
        return;
      }
      _array = temp;
      _capacity = newcapacity;
    }
  }
private:
  DataType* _array;
  int _capacity;
  int _size;
};
int main()
{
  Stack s;
  s.Init();
  s.Push(1);
  s.Push(2);
  s.Push(3);
  s.Push(4);
  printf("%d\n", s.Top());
  printf("%d\n", s.Size());
  s.Pop();
  s.Pop();
  printf("%d\n", s.Top());
  printf("%d\n", s.Size());
  s.Destroy();
  return 0;
}

C++中通过类可以将数据以及操作数据的方法进行完美结合，通过访问权限可以控制那些方法在类外可以被调用，即封装，在使用时就像使用自己的成员一样，更符合人类对一件事物的认知。而且每个方法不需要传递Stack*的参数了，编译器编译之后该参数会自动还原，即C++中 Stack * 参数是编译器维护的，C语言中需用用户自己维护。

【C++类和对象上：解锁面向对象编程的奇妙世界】（下）

7.类对象模型

7.1 如何计算类对象的大小

7.2 类对象的存储方式猜测

7.3 结构体内存对齐规则

8.this指针

8.1 this指针的引出

8.2 this指针的特性

8.3. C语言和C++实现Stack的对比

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