【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。
