C++类与对象

简介: C++类与对象


前言:

 C语言的结构体中只能定义变量,而在C++中,结构体不仅可以定义变量,还可以定义函数,正如在上边介绍的文章中,在结构体内存放的只是函数的指针,通过调用函数指针执行相关的函数,而现在,我们可以直接将函数放在结构体中。

小李子演示一下

 C++将方法和数据结合在一起,创造一个类,直接调用该类所构造的方法实现某些功能,我们只需要调用就可以了,不需要在乎内部如何实现。(关于C++类的奥妙才刚开始)

上边案例为了方便没有分文件来写,下边会详细展开并剖析。

类的结构和定义

和结构体相仿(毕竟是为了兼容C),如下

class classname//类名
{
  //类体:有成员变量和成员数组成
};

 在C++中,struct和class作用一样,在C++中更喜欢用class(类)来代替。不同的是struct定义的类默认是公开的(public),而class定义的类默认是私有的(private)。

什么是public和private呢?

类的访问限定符

访问限定符可以决定类中那些函数可以被调用,哪些不可以,也可以保护类中定义的变量不被外界随机修改导致错误。

访问限定符有以下几种:

【访问限定符说明】

  • public修饰的成员在类外可以直接被访问
  • private和protected修饰的成员函数或成员变量不可以被直接访问。(他们的区别先不要计较啦,后边会讲)
  • 访问限定符作用域从该访问限定符出现的位置到下一个访问限定符出现为止。
  • 如果一个访问限定符后边没有限定符存在了,那作用域就是整个类。
  • class的默认访问权限是private,而struct的默认访问权限是public(兼容C,两次提到啦,要记住哦)。

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。再类外定义成员时,需要使用::作用域操作符指明成员属于哪个类域。(和命名空间一样)

举个例子更清晰

class Person
{
public://冒号哦
  void PrintPersonInfo();
private:
  char _name[20];
  char _gender[3];
  int _age;
};
void Person::PrintPersonInfo()
{
  cout << _name << " " << _gender << " " << _age << endl;
}

类的实例化

 类是用来描述对象的,类的声明就是构造出这个对象的模型,就像建造房子时需要的图纸,类的实例化的过程就是用这个图纸建造房子,图纸是不需要占空间的,而用类类型创建对象后,创建的对象要占用实际的物理空间

一个类可以实例化出多个对象,就像有一张图纸,可以建造许多一模一样的房子一样,实例化的对象占有实际的物理空间,从而储存内部成员变量及成员函数。

那图纸有空间吗?答案是没有,如何验证呢?

类对象的大小

如何计算类对象的大小呢?类中既有成员函数,又有成员变量,成员函数占内存吗?占多少呢?

验证一下

可以发现,类和结构体一样,都要进行内存对齐,而且类中的函数是不占大小的。

这是为什么呢?

 如果一个类实例化出的多个对象中的函数实现的功能相同,然而占用不同的空间,会增加很多的内存开销,解决方法就是将成员函数的代码放在公共的代码段,每个对象调用时在公共代码段就可以调用到该函数,减小内存开销。

有关结构体大小及内存对齐规则有疑惑的可以看一看热门题型结构体大小的计算。

this指针的引出

 上述所说类中成员函数是放在公共的代码区,但构造出来的类中成员函数是一样的,当实例化出多个对象时,如何判别是那个对象调用的呢?

就这个,如果我实例化出了好多好多对象,p1,p2,p3,p4等等等等。

 每个人的age赋值不一样,那么每个对象调用打印他的年龄时如何分辨呢?函数的内容全部都一样啊,如何分辨呢?

疑惑

C++就引入了this指针解决该问题。

C++给每个非静态的成员函数增加了一个隐藏的指针参数,该指针指向当前对象(函数调用时调用该函数的对象),在函数体中所有“成员变量”的操作,都是通过该指针进行访问的,只不过这些操作对用户是透明的,用户不需要传递,编译器自动完成。还记得上边所写的用C语言模拟实现该过程,不得不传递一个类变量过去,C++相较于C而言,很多事都交给了编译器去做,这就是C++方便的地方(当然还有很多奥妙,后边你才会体会到C++的方便和好用)。

this指针的特性

  • this指针的类型:类类型(类的类型,即类名)*const,不可以改变this哦。this指针本质上是指针常量,指针的指向是不可以修改的。
  • this指针本质是成员函数的形参,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指针只能在成员函数的内部使用
  • this指针是成员函数第一个隐含的指针形参,一般情况下右编译器通过ecx寄存器自动传递,不需要用户传递。
    不需要用户传递,隐含的this指针我们也可以写出来,还可以做返回值。
class Person
{
public:
  void Print()
  {
    cout << this->_age << endl;
  }
  int _age;
  char a;
};
int main()
{
  Person p1;//实例出对象p1,才有实际的成员
  p1._age = 10;
  p1.Print();
  cout << sizeof(p1) << endl;
  return 0;
}

 现在我们用一个例子对照C和C++实现stack的不同,帮助我们更好理解C++面向对象的编程风格和面向过程的编程风格之间的区别,分开分析不同。

总结对比:

观察可以发现C语言实现时,Stack相关的函数都有一下共性:

  • 每个函数的第一个参数都要是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,而且实现上相对复杂一点,涉及到大量指针操作,稍不注意可能就会出错。

 然而C++通过类将数据和方法(函数)进行结合,通过访问权限可以控制哪些方法或变量可以在类外进行调用,这就是封装。

 在使用时每个函数不需要传递Stack的参数了,编译器在编译后会自动还原。**C++中的Stack参数是有编译器维护的,C语言需要自己进行维护。**

空指针访问成员函数

 上边已经说了,this指针是调用对象的指针且形参具有常性,即他的指向是不能修改的,但是我们可以修改让该对象为空。

看下边的例子。

class Person
{
public:
  void Showoption()
  {
    cout << "this is Person class" << endl;
  }
  void Showoption1()
  {
    cout << _a << endl;//在这里代码会崩溃,如果该对象为空的话,那么this就也是空。
  }
  int _a;
};
void test1()
{
  //Person p1 = NULL;//这样赋值是错误的
  Person* p = NULL;
  p->Showoption();
  p->Showoption1();
}
int main()
{
  test1();
  return 0;
}

 这里调用了两个函数,其中一个函数访问了对象中的变量,另一个函数只是打印一句话。如果运行代码,打印一句话的函数可以正常运行,然而第二个函数运行时就会出现错误。

因为什么呢?

 我们这里打印的_a本质是this指针指向该对象中的_a,然而我们创建的Person* p=NULL,所以这个指针指向的对象是空的,根本没有创造实体,this没有指向一个确切的值,无中生有所以在打印时就会报错。对于第一个函数,因为没有访问该对象中的属性所以并不会报错,为了防止意外发生,我们可以在第二个函数前加一个判断,如果this指针等于NULL,j就直接return掉,这样就可以确保程序运行不会出现错误。

const修饰成员函数

 上边已经说过了,this指针本质是指针常量,所以是不可以修改其指向,其类型为类类型*const,要注意const的位置,可以类比const修饰指针,const在 号前边,修饰的是指针本身即指针的指向不可以修改,如果用const修饰成员函数,其实就是修饰this指针的解引用,即该类的属性不能发生变化。
多说无意,看代码

 看const的位置,如果放在void前,或者Print前都不妥,达不到我们想要的表示效果,无奈之下把const的位置放在了函数的后边(大家要记好哦),此时this指针的类型为const 类类型 const,所以此时this指针指向的内容也不可以修改
,对于该例,此时this指针的类型为(const Person * const this)。

 如果想在const修饰的成员函数中修改this指针指向的类的属性,可以在该变量前加一个mutable,该关键字的作用就是修饰某一变量后可以在const修饰的成员函数修改该变量,也可以在常对象中修改。

如图,加上mutable修饰后就不会报错。

运行一下看一看效果

确实已经成功修改。

常对象

直接上例子

常对象的定义就是在实例化的对象前加const,此时该对象他的属性不允许修改。

 他报错了吗?没有,说明就算用const修饰的常对象,在用mutable修饰后依然可以修改。

 常对象还有一个特性,就是只能调用该类中用const修饰的成员函数,为了和常对象相契合,如果可以调用没有const修饰的成员函数,该函数修改了类中的属性,那么就不能说是常对象了,对吧。

演示一下哈

报错啦

这样就好啦!

 本文到这里就结束啦,更多知识分享记得关注哦!部分按照自己的理解可能会有错误,欢迎大家指出,还有其他排版了,重点不突出的问题欢迎各位提建议。下文见!

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