【C++】类和对象（第一篇）（二）-阿里云开发者社区

【C++】类和对象（第一篇）（二）

2023-05-27 100

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简介： 【C++】类和对象（第一篇）（二）

6. 类的实例化

用类创建对象的过程，称为类的实例化。

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

类就好比是建造房子的图纸，类的实例化就好比用图纸去建造房子。图纸只是对房子进行了一个描述，用图纸建造出来的房子（类的实例化）才占用实际空间。

一张图纸可以建造多栋房子，那同样：

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（成员函数是不存储在对象中的，我们后面会讲）

7. 类对象模型

7.1 类对象大小的计算

现在有这样一个类：

class Date
{
public:
  void Init(int year, int month, int day)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};

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

我们猜测，有以下几种可能：

对象中包含类的各个成员，成员变量和函数都存储在对象中
但这样存储好吗？

缺陷⚠：每个对象中成员变量是不同的，但是调用同样的成员函数，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成员函数，相同码保存多次，浪费空间。

那么如何解决呢？

成员函数只保存一份，在对象中保存存放函数的地址
只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段

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，下面我们就来验证一下：

首先提醒大家C++中类对象大小的计算方法和C语言结构体是一样的，都要考虑内存对齐。

那先我们就用上面那个Date类创建一个对象，看它的大小是多少：

所以呢：

没错，正确的存储方式是第三种：类对象中只存储成员变量，不存储成员函数（地址也没有），成员函数存放在公共的代码段。

打个比方，大家可以这样理解：

我们说了类就好比是建造房子的图纸，一张图纸可以建造多个房子，那同样道理，一个类就可以实例化多个对象。

那对象的属性（成员变量）呢，就可以看作是房子里面的厨房、浴室…这些东西，每栋房子里面都有。

那类中的成员函数（方法）呢，就可以看作小区里的篮球场，小卖部等，这种东西需要一个房子里面建一个吗？那就太浪费了吧，是不是整个小区共用一个就行了啊。所以成员函数是不存在对象里的，而是存在公共的代码段。

所以说：

计算一个类对象的大小，只需要考虑其中的成员变量就行了，当然记得要按照结构体内存对齐的规则进行计算。

下面我们就来做几个练习，计算几个类的大小：

那类的大小是多大，它创建的对象就是多大，就像整型int的大小是4个字节，用int创建的变量也是4个字节。

第一个：

class A1 {
public:
    void f1(){}
private:
    int _a;
};

那这不是简单吗？成员变量就一个，是整型的，那就4个字节嘛。

第二个：

class A2 {
public:
   void f2() {}
};

哎这个怎么算？没有成员变量，只有一个成员函数，但我们说成员函数是存在代码段的啊。

那它的大小是0吗？我们来看一下：

欸，是1。

那这个呢：

// 类中什么都没有---空类
class A3
{};

一个空类，那按照上面的结果来分析，A3的大小也应该是0，也是一个成员变量都没有：

🆗，也是1。

那为什么不含成员变量的类大小是1个字节呢？

一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”大小之和，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。

可以理解为占位，来标识这个类或者类的对象的存在。

7.3 结构体内存对齐规则复习

至于这里用到的结构体内存对齐的规则：

我们在C语言阶段也详细讲解过了，大家不熟悉的可以复习一下：

链接: link

C语言专栏中的一篇文章：【自定义类型详解】第一篇——结构体详解

8. this指针

8.1 this指针的引出

我们看这样一个类：

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;
};

那我们现在用该类创建两个对象，并调用成员函数：

int main()
{
  Date d1, d2;
  d1.Init(2022, 1, 11);
  d2.Init(2022, 1, 12);
  d1.Print();
  d2.Print();
  return 0;
}

我们看到这里能够正确的对d1，d2的属性（成员变量）进行初始化并打印。

那就有一个问题值得我们思考一下：

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？

那原因在于：

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

this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值（不能修改）。

比如在上面的Date类中，this指针的类型就是Date* const

只能在“成员函数”的内部使用
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。
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

8.3 this指针相关面试题

this指针存在哪里？

我们上面提到this指针其实是一个隐含形参，是成员函数的形参，它不存在于对象中，那this指针存在于哪里呢？

🆗，是形参的话，是不是在栈上啊。

所以this指针是存在于栈上的，但是呢，有些编译器会进行优化，比如vs，一般会保存在ecx寄存器中，通过编译器自动传递。

this指针可以为空吗？

看这个类：

class Date
{
public:
  void Init(int year, int month, int day)
  {
    _year = year;
    _month = month;
    _day = day;
    cout << this << endl;
  }
  void func()
  {
    cout << "func" << endl;
  }
private:
  int _year;
  int _month;
  int _day;
};