C++:类和对象（上）

1.面向过程和面向对象的初步认识

C语言：

      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++:

       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。

2.类的引入

       C语言结构体中只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。比如：之前在数据结构初阶中，用C语言方式实现的栈，结构体中只能定义变量；现在以C++方式实现，会发现Stack中也可以定义函数。

struct Stack
{
  int* a;
  int top;
  int capacity;
  void Init()
  {
    int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int));
    top = 0;
    capacity = 0;
  }
  void Push(int x)
  {
    //...
  }
};

C++兼容c语言struct的所有用法：

struct同时升级成了类

        1、类名就是类型，Stack就是类型，不需要加struct

        2、类里面可以定义函数

而在上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替。

3.类的定义

类的结构：

class className
{
// 类体：由成员函数和成员变量组成
}; // 一定要注意后面的分号

1.class为定义类的关键字，ClassName为类的名字，{ }中为类的主体，注意类定义结束时后面分号不能省略。

2.类体中内容称为类的成员：类中的变量称为类的属性或成员变量; 类中的函数称为类的方法或者成员函数。

类的定义方式：

1. 声明和定义全部放在类体中

       需注意：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。

class people
{
public:
  char name;
  int age;
  char sex;
private:
  void my_printf(char name, char sex, int age)
  {
    cout << name << "-" << sex << "-" << age << endl;
  }
};

2. 类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中(一般采用)

       注意：成员函数名前需要加类名::

建议：成员变量命名规则

class Date
{
public:
    void Init(int year)
    {
        // 这里的year到底是成员变量，还是函数形参？
        year = year;
    }
private:
    int year;
};

       上面的代码中year是成员变量还是函数参数呢，我们就没办法分清，所以一般在C++中我们在成员变量的前面加_,即：_year

class Date
{
public:
    void Init(int year)
    {
        _year = year;
    }
private:
    int _year;
};

除此之外还有的公司循环用m_year、mYear等方式，这主要看各个公司的命名规则！！

4.类的访问限定符及封装

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

       4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。

       5. class的默认访问权限为private，struct为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

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可以当成结构体使用。另外C++中struct还可以用来定义类。和class定义类是一样的，区别是struct定义的类默认访问权限是public，class定义的类默认访问权限是private。

封装：

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。

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。

       在上面的实现接口中，调用哪个类的参数需要在函数实现的函数名前加：：指明成员属于people这个类。

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；

      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；

举例：

为什么会造成这样的情况呢？

这里的的people相当于我们有了一个房子的模型，我们还没将房子建起来就想把家具放到房子中，这样能实现吗！

此时，Person man;就是将房子建出来，给成员变量赋值就是将家具放入房子中。

7.类对象模型

类对象的存储方式：

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段：

       我们创建类后，通过类创建多个对象，存储各个对象的值，调用函数时通过各个对象来访问，此时使用的就是这个对象的成员变量。

计算类对象的大小：

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

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（1个字节）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。

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.this指针

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;
  int _month;
  int _day;
};
class A
{
private:
  char _ch;
  int _a;
};
int main()
{
  Date d1;
  Date d2;
  d1.Init(2023, 10, 7);
  d2.Init(2022, 10, 7);
  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。

this指针的特性：

1. this指针的类型：类的类型* 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。

C语言和C++实现Stack的对比：

C语言：

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;
    }
}
int main()
{
    Stack s;
    StackInit(&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：

      4.每个函数的第一个参数都是Stack*
       2.函数中必须要对第一个参数检测，因为该参数可能会为NULL
       3.函数中都是通过Stack*参数操作栈的
       4.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。

C++:

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 Destroy()
    {
        if (_array)
        {
            free(_array);
            _array = NULL;
            _capacity = 0;
            _size = 0;
        }
    }
private:
    DataType* _array;
    int _capacity;
    int _size;
}：
int main()
{
    Stack s;
    s.Init();
    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。

9.扩展知识：

扩展一：

问：this指针存在哪里？

答：栈帧，在VS下，存放在ecx寄存器。

扩展二：

1.成员函数的地址不在对象中，地址会在编译，链接过程中通过函数名去找到函数地址。

2.成员变量是存在对象中的。

扩展三：

class A
{
public:
    void Print()
    {
        cout << "Print()" << endl;
    }
//private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->Print();
    p->_a;
    return 0;
}

       上面代码运行后正常执行，有人这不应该运行崩溃吗？，我们可以看到在VS2019运行的反汇编中 看到p->_a是没有任何的操作，是因为在VS2019下编译器进行了优化，认为你虽然这样写了，但是没有实际上的调用，所以就当做忽略了，这也是VS2019的一些问题。

以上就是个人学习见解和学习的解析，欢迎各位大佬在评论区探讨！

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