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C++是一种强大的编程语言，其面向对象的特性使得代码结构更加清晰、易于维护和扩展。在C++中，类与对象是面向对象编程的核心概念之一，它们为程序员提供了一种组织和封装代码的方法。本文将深入探讨C++中的类与对象，包括其定义、使用和特性以及this指针的使用。

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一.面向过程和面向对象初步认识

在编程中，有两种主要的编程范式：面向过程和面向对象。
面向过程编程
将问题分解为一系列的步骤和函数，强调程序的流程控制，分析出求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题
例如：C语言
面向对象编程(OOP)
将问题分解为一系列的对象，强调对象的属性和行为。面向对象编程更加灵活、模块化和可扩展。
例如：Java、Python、C++等

二.类与对象的概念

在C++中，类是一种用户自定义的数据类型，用于封装数据和方法。类由数据成员和成员函数组成，数据成员存储类的属性，而成员函数则用于操作这些属性。通过类，可以创建对象，对象是类的实例化，它具有类中定义的属性和行为。

2.1类与对象的特性

1. 封装：类封装了数据和方法，隐藏了实现细节，使得代码更加模块化和可维护。

2. 继承：通过继承，一个类可以从另一个类继承属性和行为，提高了代码的重用性。

3. 多态：多态性允许不同的对象对同一消息作出不同的响应，增强了代码的灵活性和可扩展性。

2.2类的引用

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：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。

2.3类的定义

在C++中，可以使用class关键字来定义类。以下是一个简单的类的定义示例：

class MyClass {private:int num;public:void setNum(int n) {num = n;}int getNum() {return num;}
};

上述代码定义了一个名为MyClass的类，其中包含一个私有数据成员num和两个公有成员函数setNum和getNum。私有数据成员只能在类的内部访问，而公有成员函数可以被外部访问。

类的两种定义方式都是常见的，各有其优缺点。

1. 将声明和定义全部放在类体中的方式：

• 优点：方便，代码简洁，所有的类成员都可以在一个地方找到，可读性好。
• 缺点：如果类体过于庞大，会导致代码不易维护，编译时间增加。此外，如果成员函数在类中定义，编译器可能会将其视为内联函数处理，这可能会增加代码的体积。

示例：

class MyClass {
public:void myFunction() {// 函数定义}
};

2. 将类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中的方式：

• 优点：可以使代码更易维护，类的接口和实现分离，隐藏了类的实现细节，方便对类进行封装。此外，当多个文件需要使用同一个类时，只需包含头文件，而不必重新编译整个类的实现文件。
• 缺点：可能会增加一些额外的工作量，需要在.h和.cpp文件中进行对应的操作，有时可能会导致一些函数重复声明的问题。

示例：

// MyClass.h
class MyClass {
public:void myFunction();
};// MyClass.cpp
#include "MyClass.h"
void MyClass::myFunction() {// 函数定义
}

选择哪种方式取决于项目的具体需求和个人偏好。在较小的项目中，通常将声明和定义放在类体中更为方便，而在大型项目中，通常将声明和定义分离以提高代码的可维护性和可重用性。

2.4 类的作用域

类的成员具有类作用域，即可以在类的内部直接访问其他成员，而不需要使用类名或对象名作为限定符。这使得类的成员之间可以直接交互，简化了代码的编写。（需要使用 :: 作用域操作符指明成员属于哪个类域。）

2.5对象的创建与使用

通过类可以创建对象，对象是类的实例化。可以使用以下语法创建对象：

MyClass obj;

然后可以通过对象来访问类中的成员函数：

obj.setNum(10);
int number = obj.getNum();

2.6类的实例化

类的实例化是指使用类类型创建对象的过程。在这个过程中，会为对象分配实际的内存空间，并存储类的成员变量。类本身只是对对象进行描述的模型，定义了对象具有的属性和行为，但并不占用实际的物理空间。

举个例子，类就像是一个建筑设计图，描述了建筑的结构和特征，但并不是实际的建筑物。而类的实例化就像是根据设计图建造出实际的房子，创建了具体的对象，并分配了存储空间来存储对象的属性值。

通过类的实例化，我们可以创建多个不同的对象，并分别对它们进行操作，实现了代码的重用和模块化。

三 .类对象模型

3.1 如何计算类对象的大小

#include <iostream>class A
{
public:void PrintA(){std::cout << _a << std::endl;}
private:char _a;
};int main()
{std::cout << "Size of class A: " << sizeof(A) << std::endl;return 0;
}

通常情况下，编译器会对成员变量进行对齐，以提高访问速度。对于大多数平台，char 类型的变量通常对齐到1字节。因此，在这种情况下，类 A 的大小将是 _a 的大小，即1字节。

3.2 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
  

// 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{};//sizeof(A1) : 4//sizeof(A2) : 1 （成员函数不占据类对象的内存空间，只有一个字节）//sizeof(A3) : 1（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。）

结论：一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和（）得注意内存对齐

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。

四. 构造函数与析构函数

构造函数是一种特殊的成员函数，用于在对象创建时初始化对象的数据成员。析构函数则用于在对象销毁时释放资源。以下是构造函数和析构函数的示例：

class MyClass {private:int num;public:// 构造函数MyClass() {num = 0;}// 析构函数~MyClass() {// 可选的资源释放操作}
};

五.成员访问权限

C++中的类提供了三种成员访问权限：私有（private）、保护（protected）和公有（public）。私有成员只能在类的内部访问，保护成员可以在类的内部和派生类中访问，而公有成员可以在任何地方访问。默认情况下，类的成员是私有的。
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

六.this指针

6.1 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 a;};int main(){Date d1, d2;d1.Init(2022,1,11);d2.Init(2022, 1, 12);d1.Print();d2.Print();return 0;}

上述代码定义了一个日期类 Date，其中包含了两个成员函数 Init 和 Print，用于初始化日期和打印日期。在调用成员函数时，如 d1.Init(2022, 1, 11)，编译器会自动传递当前对象的地址作为隐含的参数给成员函数，这个参数就是 this 指针。因此，成员函数中可以通过 this 指针来访问当前对象的成员变量。

6.2 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