c++阶梯之类与对象（一）

1.面向过程与面向对象

c语言的视角：

c++的视角

2. 类的引入

3. 类的定义

3.1 类的两种定义方式

3.2 成员变量如何命名

4. 类的访问限定符与封装

4.1 访问限定符

4.2 封装

5. 类的作用域

6. 类的实例化

7. 类对象模型

7.1 怎么计算一个类对象的大小

7.2 类对象存储的方式

7.3 结构体内存对齐规则

8. this指针

8.1 this指针的引出

8.2 this指针的特性

结语

1.面向过程与面向对象

c语言与c++分别是面向过程与面向对象的拥护者。

< > c语言是面向过程的，关注的是解决问题的过程，分解求解步骤，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。

我们来看看同一事件在面向过程与面向对象的眼里究竟是怎样的。以洗衣服为例。

c语言的视角：

c++的视角

2. 类的引入

在c语言中，自定义类型（struct结构体）只能定义变量，但在c++中，结构体不但能定义变量，还能定义函数。

在c++中，将结构体称为类，其关键字为class，但同时兼容c语言的struct ，它们之间的区别在后面会讲到。

3. 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是c++定义类的关键字，className是类的名字，{ } 为类的主体。注意：{ } 后的分号。

{ } 中的内容称为类的成员，其内定义的变量称为类的属性或成员变量，函数则称为方法或成员函数。

3.1 类的两种定义方式

1.声明与定义全部放入类体内 (如果函数定义在类内，则编译器有可能将函数当作内联函数处理) 。

2. 声明与定义分离，声明在类内放入 .h 文件，定义在类外放入 .cpp 文件。

我们上代码来看看

//声明与定义全部放在类体内
class Person
{
public:void ShowInfo(){cout << "name: " << _name << "age: " << _age << endl;}char* _name;int _age;
};

这里声明与定义分离为了方便，我将他们定义在了同一文件内。

//声明与定义分离
class Person
{
public:void ShowInfo();char* _name;int _age;
};

#include"Person.h"
void Person::ShowInfo()
{cout << "name: " << _name << "age: " << _age << endl;
}

注意下图中圈出来的地方，成员函数定义在类外时需要在函数名前用域作用符连接类名。

3.2 成员变量如何命名

我们看下面这段有关日期类的代码

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

这种代码不仅可读性差，还可能会造成歧义，因此一般建议成员变量的命名要与正常变量名做区别，比如在成员变量名前加_或m_。代码如下：

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

4. 类的访问限定符与封装

c++实现封装的方式：用类将对象的属性与方法结合在一起，通过访问权限选择性的将其接口提供给外部使用。

那么是如何实现访问限定的呢？

这个就要靠访问限定符了。

4.1 访问限定符

【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

在这里我们就可以解答struct与class区别的问题了。

C++需要兼容C语言，所以C++中struct可以当成结构体使用。另外C++中struct还可以用来
定义类。和class定义类是一样的，区别是struct定义的类默认访问权限是public，class定义的类默认访问权限是private。注意：在继承和模板参数列表位置，struct和class也有区别，后序给大家介绍。

4.2 封装

面向对象有三大特性：封装、继承和多态。当然，并不代表只有这三大特性哦。

我们先来学习封装，那么什么是封装呢？

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。封装本质上是一种管理，让用户更方便使用类。

比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只有开关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件

对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，比如主板上线路是如何布局的，CPU内部是如何设计的等，用户只需要知道，怎么开机、怎么通过键盘和鼠标与计算机进行交互即可。因此计算机厂商在出厂时，在外部套上壳子，将内部实现细节隐藏起来，仅仅对外提供开关机、鼠标以及键盘插孔等，让用户可以与计算机进行交互即可。
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。

5. 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。

比如下面这段代码：

class Person
{
public:Person(char* name,int age=10){_name = name;_age = age;}void showinfo();
private:char* _name;int _age;
};void Person::showinfo()
{cout << _name << " " << _age << endl;
}int main()
{char name[] = "张三";Person zs(name, 20);zs.showinfo();return 0;
}

这里需要用域作用符指明类域。

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，定义出一个类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Person类是没有空间的，只有Person类实例化出的对象才有具体的年龄。

< 3 >. 做个比方。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。

7. 类对象模型

7.1 怎么计算一个类对象的大小

class A
{
public:A(int a = 10, int b = 20){_a = a;_b = b;}
private:int _a;int _b;
};

我们可以看到，在A类中，既有成员变量也有成员函数，那么我们要怎样计算他的大小呢？

7.2 类对象存储的方式

我们用下面的代码做一个实验，来看看类对象是怎么存储的。

class C//只有成员变量
{
private:int _f;int _y;
};class D//空类
{};class E//只有成员函数
{
public:void showinfo(){cout << "D" << endl;}
};
int main()
{cout << "sizeof(C):" << sizeof(C) << endl;cout << "sizeof(D):" << sizeof(D) << endl;cout << "sizeof(E):" << sizeof(E) << endl;return 0;
}

由此可见：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。

那么对象是如何调用成员函数的呢？

答案就是：成员函数保存在公共的代码段内，谁有需求谁就调用。

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

这一点与c语言结构体对齐内容相同，有需要的朋友可以看我的这篇文章。

结构体的相关知识https://mp.csdn.net/mp_blog/creation/editor/133279934

8. this指针

8.1 this指针的引出

我们先简单实现一个日期类

class Date
{
public:void Init(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}void showinfo(){cout << _year << "/" << _month << "/" << _day  << endl;}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;d1.Init(2024, 2, 1);d1.showinfo();Date d2;d2.Init(1997, 1, 1);d2.showinfo();return 0;
}

在上面日期类代码中，我们实现了两个对象的初始化与打印操作。那么问题来了，我们可以看到，Init() 与 showinfo() 两个函数并没有传入对象的参数，那么函数是怎样分辨出应该对哪个对象进行操作呢？

C++中通过引入this指针解决该问题：

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寄存器自动传
递，不需要用户传递。