类和对象 ，基础篇【c++】

基础篇

面向过程和面向对象

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++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。
比如一个创建一个外卖系统
对于面向过程来说，我们关注的是下单、接单、送餐三个过程
而对于面向对象，我们关注的是客户、商家、骑手，三个类对象之间的关系

类的引入

之前C语言，结构体中只能定义变量，但在C++中，结构体内不仅可以定义变量，还可以定义函数

struct Test
{//成员函数int Add(int x, int y){return x + y;}//成员变量int a;double b;};

但上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替。

class Test
{//成员函数int Add(int x, int y){return x + y;}//成员变量int a;double b;};

---

#include<iostream>
//类域
struct Queue
{//成员函数 void Init(){}
};
struct Stack
{//成员函数 void Init(int defaultcapacity =4){a = (int * )malloc(sizeof(int)*capacity);if (a == nullptr){printf("malloc fail");exit(-1);}capacity = defaultcapacity;top = 0;}void Push(int x){a[top++] = x;}void Destory(){free(a);a = nullptr;top = capacity;}//成员变量 //类域是一个整体 ，写在成员函数前面或者后面都行 int* a;int top;int capacity;
};
int main()
{struct Stack st1;st1.Init();Stack st2;//cpp的类st2.Init();st2.Push(1);st2.Push(2);st2.Push(3);st2.Push(4);st2.Destory();return 0;
}

类的定义

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

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。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

类的两种定义方式：

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  Stack
{
public ://成员函数 //类里面定义的函数默认就是inline //一般长的函数声明和定义分离，短的函数直接定义的类里面void Init(int defaultcapacity = 4){a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);if (a == nullptr){printf("malloc fail");exit(-1);}capacity = defaultcapacity;top = 0;}void Push(int x){a[top++] = x;}void Destory(){free(a);a = nullptr;top = capacity;}
private://成员变量 //类域是一个整体 ，写在成员函数前面或者后面都行 int* a;int top;int capacity;};

2. 类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中，注意：成员函数名前需要加类名::

Func.h

#include<iostream>using namespace std;class  Stack
{public://成员函数 void Init(int defaultcapacity = 4);void Push(int x);void Destory();
private://成员变量 //类域是一个整体 ，写在成员函数前面或者后面都行 int* a;int top;int capacity;
};

Func.cpp

#include"Func.h"//指定类域
void Stack::Init(int defaultcapacity = 4)
{a = (int*)malloc(sizeof(int) * capacity);if (a == nullptr){printf("malloc fail");exit(-1);}capacity = defaultcapacity;top = 0;
}void Stack::Push(int x)
{a[top++] = x;
}void Stack::Destory()
{free(a);a = nullptr;top = capacity;
}

一般情况下，采用第二种方式。
成员变量命名规则的建议:

class Data
{
public ://成员函数void Init(int year){_year = year;}
private://成员变量 int _year;int _month;int day;
};

类的访问限定符

C++实现封装的方式：用类将对象的属性和方法结合在一块，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

那C++中struct和class的区别是什么？

C++需要兼容C语言，所以C++中struct可以当成结构体去使用。另外C++中struct还可以用来定义类。和class是定义类是一样的，区别是struct的成员默认访问方式是public，class是的成员默认访问方式是private。

类的封装

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

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,也就是说我们使用类将数据和方法都封装起来。不想对外开放的就用 protected/private 封装起来，用 public 封装的成员允许外界对其进行合理的访问。所以封装本质上是一种管理

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

局部域和全局域会影响生命周期 ，类域和命名空间域不会影响生命周期

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,类只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

就像C语言中定义了一个结构体一样，当你还未用该自定义类型创建变量时，定义结构体类型这个过程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

就像C语言中定义了一个结构体，然后用该自定义类型创建了一个变量，那么这个变量将占用实际的物理空间来存储其成员变量

3 类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间

类对象模型

如何计算类对象的大小

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

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？

class Person
{
public://显示基本信息void ShowInfo(){cout << _name << "-" << _sex << "-" << _age << endl;}
public:char* _name;  //姓名char* _sex;   //性别int _age;     //年龄
};

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

对于上述几种存储方式，计算机是按照哪种方式来存储的，我们可以通过对下面的不同对象分别获取大小来进行分析：

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://成员函数void f1() {}
private://成员变量 int _a;
};
// 类中仅有成员函数
class A2 
{
public://成员函数 void f2() {}
};
// 类中什么都没有---空类
//没有成员变量的类对象 ，需要1byte，是为了占位，表示对象存在 
//但是不存储有效数据
class A3
{};
int main()
{
//对象中只存储了成员变量，没有存储成员函数 cout << sizeof(A1) << endl;//4cout << sizeof(A2) << endl;//1cout << sizeof(A3) << endl;//1return 0;
}

通过单目操作符sizeof来获取这三个对象的大小，结果A1的大小为4个字节，A2的大小为1个字节，A3的大小也为1个字节

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来唯一标识这个类的对象

如果不清楚结构体内存对齐的请点击这里

this指针

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}//编译器对成员函数的处理 //void Print(Date* const this )//{//	cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << this->_day << endl;//}
private:int _year; // 年 声明 int _month; // 月int _day; // 日int a;
};
int main()
{Date d1, d2;d1.Init(2023, 5, 11);d2.Init(2023, 5, 11);d1.Print();//编译器的处理 //d1.Print(&d1);//d2.Print(&d2);d2.Print();return 0;
}

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不能在形参和实参显示传递，但是可以在函数内部显示使用

using namespace std;
class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void Print(){cout << this << endl;cout << this->_year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}//编译器对成员函数的处理 //void Print(Date* const this )//{//	cout << this->_year << "-" << this->_month << "-" << this->_day << endl;//}
private:int _year; // 年  声明int _month; // 月int _day; // 日int a;
};
int main()
{Date d1, d2;d1.Init(2022, 1, 11);d2.Init(2022, 1, 12);d1.Print();//编译器的处理 //d1.Print(&d1);//d2.Print(&d2);d2.Print();return 0;
}

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。

那this指针存在哪里?

this是形参，所以this指针是跟普通参数一样存在函数调用的栈帧里面。

5. 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

vS下面对this指针传递，进行优化，对象地址是放在ecx，ecx存储this指针的值

this指针可以为空吗?

通过下面这段代码更深入的理解this指针

class A
{
public:void Print()//this指针是空的，但是函数内没有对this指针解引用{cout << "Print()" << endl;}//编译器对成员函数的处理 //	void Print(A * const this)//this指针是空的，但是函数内没有对this指针解引用//{//	cout << "Print()" << endl;//}
private:int _a;
};int main()
{A* p = nullptr;p->Print();//并且p调用Print，不会发生解引用，因为Print的地址不在对象中，Print的地址在公共代码段。但是p会作为实参传递给this指针，p是一个nullptr ，传递一个nullptr并不会报错return 0;
}

this指针是空的，但是函数内没有对this指针解引用
并且p调用Print，不会发生解引用，因为Print的地址不在对象中，Print的地址在公共代码段。但是p会作为实参传递给this指针，p是一个nullptr ，传递一个nullptr并不会报错 。

class A
{
public:void PrintA(){cout << _a << endl;//this指针是空的，但是函数内访问_a，本质是this->_a}//编译器对成员函数的处理 //	void PrintA(A * const this )//{//	cout << this->_a << endl;//this指针是空的，但是函数内访问_a，本质是this->_a//}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->PrintA();return 0;
}

this指针是空的，但是函数内访问_a，本质是this->_a
并且p调用Print，不会发生解引用，因为Print的地址不在对象中。p会作为实参传递给this指针。