【c++】类和对象

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目录

1.面向过程和面向对象初步认识

面向过程（C语言）

面向对象（C++）

2.类的引入和定义

2.1 类的引入

2.2 类的定义

类的两种定义方式:

成员变量命名规则的建议:

3. 类的访问限定符及封装/作用域和实例化

3.1 访问限定符

【访问限定符说明】

C++中struct和class的区别

3.2 封装

3.3 类的作用域

3.4 类的实例化 

4.类对象模型 

4.1 如何计算类对象的大小

4.2 类对象的存储方式猜测

4.3 结构体内存对齐规则

5.理解类和对象 

1.面向过程和面向对象初步认识

面向过程（C语言）

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

面向对象（C++）

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

2.类的引入和定义

2.1 类的引入

C语言结构体中只能定义变量，在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。比如：之前在数据结构初阶中，用C语言方式实现的栈，结构体中只能定义变量；现在以C++方式实现，会发现struct中也可以定义函数

#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;
typedef int DataType;
struct Stack
{void Init(size_t capacity){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败");return;}_capacity = capacity;_size = 0;}void Push(const DataType& data){// 扩容_array[_size] = data;++_size;}DataType Top(){return _array[_size - 1];}void Destroy(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}DataType* _array;size_t _capacity;size_t _size;
};
int main()
{Stack s;s.Init(10);s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);cout << s.Top() << endl;s.Destroy();return 0;
}

上面结构体的定义，在C++中更喜欢用class来代替

2.2 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
  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::

一般情况下，更期望采用第二种方式

成员变量命名规则的建议:

我们看看这个函数，是不是很僵硬？

这里的year到底是成员变量，还是函数形参？

class Date
{
public:void Init(int year){// 这里的year到底是成员变量，还是函数形参？year = year;}
private:int year;
};

所以一般都建议这样

class Date
{
public:void Init(int year){_year = year;}
private:int _year;
};

或者这样

class Date
{
public:void Init(int year){mYear = year;}
private:int mYear;
};

3. 类的访问限定符及封装/作用域和实例化

3.1 访问限定符

C++实现封装的方式：用类将对象的属性与方法结合在一块，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

C++中struct和class的区别

问题：C++中struct和class的区别是什么？

解答：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

3.2 封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态

在类和对象阶段，主要是研究类的封装特性，那什么是封装呢？

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

3.3 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

class Person
{
public:void PrintPersonInfo();
private:char _name[20];char _gender[3];int _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{cout << _name << " "<< _gender << " " << _age << endl;
}

3.4 类的实例化 

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

  • 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；比如：入学时填写的学生信息表，表格就可以看成是一个类，来描述具体学生信息
  • 类就像谜语一样，对谜底来进行描述，谜底就是谜语的一个实例
  • 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 
int main()
{Person._age = 100;   // 编译失败：error C2059: 语法错误:“.”return 0;
}

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 

  • 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

 

4.类对象模型 

4.1 如何计算类对象的大小

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？

4.2 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？ 

 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
{};

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

4.3 结构体内存对齐规则

  • 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处
    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
  • 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
  • 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

具体的内存对齐说明在《C语言专栏-结构体-结构体内存对齐》：

Day_16 结构体-CSDN博客

C语言--结构体内存对齐规则_结构体对齐原则-CSDN博客

5.理解类和对象 

现实生活中的实体计算机并不认识，计算机只认识二进制格式的数据。如果想要让计算机认识现实生活中的实体，用户必须通过某种面向对象的语言，对实体进行描述，然后通过编写程序，创建对象后计算机才可以认识。

比如想要让计算机认识洗衣机，就需要：

  1. 用户先要对现实中洗衣机实体进行抽象---即在人为思想层面对洗衣机进行认识，洗衣机有什么属性，有那些功能，即对洗衣机进行抽象认知的一个过程
  2. 经过1之后，在人的头脑中已经对洗衣机有了一个清醒的认识，只不过此时计算机还不清楚，想要让计算机识别人想象中的洗衣机，就需要人通过某种面相对象的语言(比如：C++、Java、Python等)将洗衣机用类来进行描述，并输入到计算机中
  3. 经过2之后，在计算机中就有了一个洗衣机类，但是洗衣机类只是站在计算机的角度对洗衣机对象进行描述的，通过洗衣机类，可以实例化出一个个具体的洗衣机对象，此时计算机才能洗衣机是什么东西
  4. 用户就可以借助计算机中洗衣机对象，来模拟现实中的洗衣机实体了

大家一定要体会到，类是对某一类实体(对象)来进行描述的，描述该对象具有那些属性，那些方法，描述完成后就形成了一种新的自定义类型，才用该自定义类型就可以实例化具体的对象

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