C++（类与对象）详解 - 1（下）

4.2 封装

【面试题】

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，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。

封装本质上是一种管理，让用户更方便使用类。

比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只有开关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件。

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如

何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。

因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。

在C++语言中实现封装，可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来隐藏对象内部实现细节，控制哪些方法可以在类外部直接被使用。

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。在类体外定义成员时，需要使用 :: 作用域操作符指明成员属于哪个类域

6.类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

1. 类是对对象进行描述的，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； 比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看成是一个类，来描述具体学生信息。
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
   如下示例：Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有具体的性别，性别和年龄。
   

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。

7.类的对象大小的计算

7.1 如何计算类对象的大小

class A
{
public:
  void PrintA()
  {
    cout << _a << endl;
  }
private:
  char _a;
};

问题：如何计算一个类的大小？

可以用sizeof操作符来计算类的大小，如下：

class A
{
public:
  void PrintA()
  {
    cout << _a << endl;
  }
private:
  char _a;
};
int main()
{
  cout << sizeof(A) << endl;
    return 0;
}

7.2 类对象的存储方式

类只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

示例：

// 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 << "A1:" << sizeof(A1) << endl;
  cout << "A2:" << sizeof(A2) << endl;
  cout << "A3:" << sizeof(A3) << endl;
  return 0;
}

运行结果：

下面是类对象的存储方式图解：

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来唯一标识这个类的对象。

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。

8.类成员函数的this指针(重点)

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;
}
int main()
{
  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。

图解：

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，但是this指针指向的值可以被改变。

2. 不能在形参和实参显示写，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，函数将对象地址作为实参传递给this形参（this指针指向当前对象）。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。

图示：

8.3 练习一下

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;
  p->Print();
  return 0;
}

答案：C

那么可能有老铁会问了：空指针不是不能解引用吗？

实际上这里根本没有解引用，Print函数是存放在公共代码区的，它的地址是在编译阶段就已经处理好了的，和普通的函数调用一样，在调用时是通过函数名调用规则直接call函数的地址就行了，p是一个空指针，相当于把空指针传给了this，但由于this指针并没有访问具体对象成员，所以正常运行。

2. 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;
}

答案：B

this指针接收实参后就是空指针了，this指针已经被置空了，不指向当前对象的地址了，但还要去访问当前类的对象_a，就要对空指针进行解引用，此时就会崩溃。我们也可通过调试观察到。

3.this指针存在哪里？

this指针是个形参，形参是在函数的栈桢里，在函数的栈桢里面的变量是属于栈中的。
有时编译器会使用寄存器对其进行优化，this指针会存在寄存器中。

（本章完）