C++之面向对象（上）（二）

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，定义出的类并没有为它分配实际的内存空间；比如：盖房子需要的设计图纸，这个图纸就可以看成是一个类，来描述具体房子的信息。
   
2. 类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，一个类可以实例化出多个对象，实例化出的对象是占用实际的物理空间，存储类成员变量。
   
   
   
   

7.类对象模型

1.如何计算类对象大小

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

问题：类中既可以有成员变量，又可以有成员函数，那么一个类的对象中包含了什么？如何计算一个类的大小？

正常情况下，我们都会认为类对象中应该同时包含了类的成员变量和成员函数，类的大小应该是成员变量和成员函数在内存中所占空间的大小，那么事实如此吗？

对于上面的代码，我们认为该类在32位环境下的大小应该是

4 + 1 = 5

存储成员函数的函数地址，需要四个字节

成员变量a在内存中占一个字节

因此类的大小应该是五个字节

然而运行结果却与我们所想的不同：

这是为什么呢？我们接下来对类对象的存储方式进行一下猜测。

2.类对象的存储方式

• 对象中包含类的各个成员
  
  这种方式的缺陷：每个对象中的成员变量是不同的，但是它们调用同一份函数。如果按照这种方式存储，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的代码，相同代码保存多次，会导致空间浪费。那么如何解决呢？
• 类成员函数的代码只保存一份，并在对象中保存存放代码的地址
  
  这种每个对象记录函数地址的方式还是有些浪费空间。这个类的成员函数就在类里面，每个类对象还需要去记录函数的函数地址吗？
• 只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段
  
  那么，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？
  我们可以通过分别获取下面的不同类的对象的大小来进行分析：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#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;
};
// 类中只有成员函数
class A2 {
public:
  void f2() {}
};
// 类中什么都没有——空类
class A3
{};
int main()
{
  cout << sizeof(A1)<<" " << sizeof(A2) <<" "<< sizeof(A3) << endl;
  return 0;
}

运行结果如下：

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，其中只有成员函数或者空类，这两种情况比较特殊，编译器给了这种类一个字节来唯一标识这个类的对象。

3.结构体内存对齐规则

C++结构体内存对齐规则与C语言中结构体内存对齐规则相同。

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（在所有变量类型最大者与默认对齐数之间取最小值）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

1.this指针的引出

我们先来看以下代码：

class Data
{
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;
};
int main()
{
  Data d1, d2;
  d1.InIt(2022, 02, 22);
  d2.InIt(2022, 01, 01);
  d1.Print();
  d2.Print();
  return 0;
}

运行结果：

我们观察上面的代码，会有这样一个问题：Data类中有InIt和Print两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那么当d1调用InIt函数时，该函数时如何知道要设置d1对象而不是设置d2对象呢？

答：这个问题是因为C++中引入了this指针这个概念，即：C++编译器给每个“非静态的成员函数”增加了一个隐藏的this指针参数，让this指针指向当前对象（还是南湖运行时，调用函数的对象），在函数中所有“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都是透明的，即用户不需要来传递，编译器自动完成。

2.this指针的特性

1. this指针的类型：类类型*const，即在成员函数中，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是，将对象的地址作为实参传给this形参，所有this指针不是存储在对象内的，而是在函数调用时的函数栈帧上的；
4. this指针是“成员函数”第一个隐含的指针形参，一般情况下由编译器通过ecx寄存器自动传递，不需要用户传参；
   

了解到这里，我们要思考以下两个问题：

1.this指针存在哪里？

this指针存在函数调用时的函数栈帧里，即栈区。

2.this指针可以为空（nullptr）吗？

看以下两个选择题：

//1.以下程序编译运行的结果是？ 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;
}

//2.以下程序编译运行的结果是？ A.编译报错  B.运行崩溃  C.正常运行
class B
{
public:
  void Print()
  {
    cout << _a << endl;
  }
private:
  int _a;
};
int main()
{
  B* p = nullptr;
  p->Print();
  return 0;
}

答案：1.C 2.B。