【C++初阶路】--- 类和对象(中)

目录

一、this指针
1.1 this指针的引出
1.2 this指针的特性
1.3. C语言和C++实现Stack的对比

二、类的6个默认成员函数
三、构造函数
3.1 概念
3.2 特性

一、this指针

1.1 this指针的引出

如下定义一个日期类Date

class Date
{
public://void InitDate(Date* const this, int year = 2024, int month = 6, int day = 14)void InitDate(int year = 2024, int month = 6, int day = 14){_year = year;_month = month;_day = day;}//void PrintDate(Date* const this);void PrintDate(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;Date d2;//d1.InitDate(&d1);d1.InitDate();d2.InitDate(2024, 6, 17);d1.PrintDate();d2.PrintDate();return 0;
}

对于上述类，有这样的一个问题：

Date类中有InitDate与 PrintDate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 InitDate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。

1. this指针存在哪里？

我们首先可以排除存在对象里面，因为通过前面计算类的大小，发现并没有多出一个指针的空间。还有一个疑问就是，有人说this指针是const修饰的，所以在常量区，事实上这种说法也是错误的，因为并不是所有const修饰变量都在常量区，可以通过观察变量的地址得出：

在这里插入图片描述

不难发现const int j与int i都是放在栈上的，而p(指向常量字符串)是在常量区。在*之前，const修饰的是指针指向的内容，变量p本身(&p)还是在栈上的。

其次this指针也不可能在静态区，因为他既不是全局变量，也没有static修饰；同理只有malloc(), new… 出来的变量才会在堆上。所以this指针只能在栈上，也因为他是一个形参（有些编译器比如vs可能会用寄存器存储（因为this可能会被频繁调用，所以以此来提高运行效率））。

2. this指针可以为空吗？

哪么便有这么一个问题：下面程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行

class A
{
public:void Print(){cout << "Print()" << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->Print();//(*p).PrintA(); ---- question 2return 0;
}

此程序是可以正常运行的。成员函数不在对象中，所以p->Print()并不会解引用(通俗点理解解引用：到对应的空间去找)！ Print()的地址是在编译时确定的，如果p->_a++(若_a为public)便会去解引用，即会去p所对应的地址空间找到_a，然后++。

问题二处程序也是正常运行，同样的道理成员函数不存在对象中，所以虽然写成(*p).，但是任不需要解引用。从汇编角度，两者是完全相同的！

在这里插入图片描述

p->的作用是将p的地址作为形参传递给成员函数，即this指针。 而传递空指针是没问题的。

 // 1.下面程序编译运行结果是？  A、编译报错  B、运行崩溃  C、正常运行
class A
{
public://void PrintA(A* const this)void PrintA(){//cout << this->_a << endl;cout << _a << endl;}
private:int _a;
};
int main()
{A* p = nullptr;p->PrintA();return 0;
}

此程序会运行崩溃。因为在PrintA()内部对空指针this解引用了（_a=> this->_a）。

1.2 this指针的特性

this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
只能在“成员函数”的内部使用
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。
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。

在这里插入图片描述

1.3. C语言和C++实现Stack的对比

C语言实现

typedef int DataType;
typedef struct Stack
{DataType* array;int capacity;int size;
}Stack;
void StackInit(Stack* ps)
{assert(ps);ps->array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);if (NULL == ps->array){assert(0);return;}ps->capacity = 3;ps->size = 0;
}
void StackDestroy(Stack* ps)
{assert(ps);if (ps->array){free(ps->array);ps->array = NULL;ps->capacity = 0;ps->size = 0;}
}void CheckCapacity(Stack* ps)
{if (ps->size == ps->capacity){int newcapacity = ps->capacity * 2;DataType* temp = (DataType*)realloc(ps->array,newcapacity * sizeof(DataType));if (temp == NULL){perror("realloc申请空间失败!!!");return;}ps->array = temp;ps->capacity = newcapacity;}
}void StackPush(Stack* ps, DataType data)
{assert(ps);CheckCapacity(ps);ps->array[ps->size] = data;ps->size++;
}
int StackEmpty(Stack* ps)
{assert(ps);return 0 == ps->size;
}
void StackPop(Stack* ps)
{if (StackEmpty(ps))return;ps->size--;
}DataType StackTop(Stack* ps)
{assert(!StackEmpty(ps));return ps->array[ps->size - 1];
}
int StackSize(Stack* ps)
{assert(ps);return ps->size;
}
int main()
{Stack s;StackInit(&s);StackPush(&s, 1);StackPush(&s, 2);StackPush(&s, 3);StackPush(&s, 4);printf("%d\n", StackTop(&s));printf("%d\n", StackSize(&s));StackPop(&s);StackPop(&s);printf("%d\n", StackTop(&s));printf("%d\n", StackSize(&s));StackDestroy(&s);return 0;
}

可以看到，在用C语言实现时，Stack相关操作函数有以下共性：

每个函数的第一个参数都是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

结构体中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，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会出错。

C++实现

typedef int DataType;
class Stack
{
public:void Init(){_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);if (nullptr == _array){perror("malloc申请空间失败!!!");return;}_capacity = 3;_size = 0;}void Push(DataType data){CheckCapacity();_array[_size] = data;_size++;}void Pop(){if (Empty())return;_size--;}DataType Top() { return _array[_size - 1]; }int Empty() { return 0 == _size; }int Size() { return _size; }void Destroy(){if (_array){free(_array);_array = nullptr;_capacity = 0;_size = 0;}}
private:void CheckCapacity(){if (_size == _capacity){int newcapacity = _capacity * 2;DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *sizeof(DataType));if (temp == nullptr){perror("realloc申请空间失败!!!");return;}_array = temp;_capacity = newcapacity;}}
private:DataType* _array;int _capacity;int _size;
};
int main()
{Stack s;s.Init();s.Push(1);s.Push(2);s.Push(3);s.Push(4);printf("%d\n", s.Top());printf("%d\n", s.Size());s.Pop();s.Pop();printf("%d\n", s.Top());printf("%d\n", s.Size());s.Destroy();return 0;
}

C++中通过类可以将数据以及操作数据的方法进行完美结合，通过访问权限可以控制哪些方法在类外可以被调用，即封装，在使用时就像使用自己的成员一样，更符合人类对一件事物的认知。而且每个方法不需要传递Stack*的参数了，编译器编译之后该参数会自动还原，即C++中 Stack *参数是编译器维护的，C语言中需用用户自己维护。

二、类的6个默认成员函数

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。

空类中真的什么都没有吗？并不是，任何类在什么都不写时，编译器会自动生成以下6个默认成员函数。

默认成员函数：用户没有显式实现，编译器会生成的成员函数称为默认成员函数。

class Date{};

在这里插入图片描述

三、构造函数

3.1 概念

对于文章开头处的Date类，可以通过 InitDate()公有方法给对象设置日期，但如果每次创建对象时都调用该方法设置信息，未免有点麻烦，那能否在对象创建时，就将信息设置进去呢？

构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同,创建类类型对象时由编译器自动调用，以保证每个数据成员都有一个合适的初始值，并且在对象整个生命周期内只调用一次。

3.2 特性

构造函数是特殊的成员函数，需要注意的是，构造函数虽然名称叫构造，但是构造函数的主要任务并不是开空间创建对象，而是初始化对象。

其特征如下：

函数名与类名相同。
无返回值。 (不是void，而是就不需要写)
对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
构造函数可以重载。

class Date
{
public://1. 无参构造函数Date(){}//2. 带参构造函数Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}private:int _year;int _month;int _day;
};void TestDate()
{Date d1; // 调用无参构造函数Date d2(2024, 6, 19); // 调用带参的构造函数// 注意：如果通过无参构造函数创建对象时，对象后面不用跟括号，否则就成了函数声明// 以下代码的函数：声明了d3函数，该函数无参，返回一个日期类型的对象// warning C4930: “Date d3(void)”: 未调用原型函数(是否是有意用变量定义的?)Date d3();
}

如果类中没有显式定义构造函数，则C++编译器会自动生成一个无参的默认构造函数，一旦用户显式定义编译器将不再生成。

class Date
{
public:/*// 如果用户显式定义了构造函数，编译器将不再生成Date(int year, int month, int day){_year = year;_month = month;_day = day;}*/void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1;return 0;
}

将Date类中构造函数屏蔽后，代码可以通过编译，因为编译器生成了一个无参的默认构造函数；
将Date类中构造函数放开，代码编译失败，因为一旦显式定义任何构造函数，编译器将不再生成；
无参构造函数，放开后报错：error C2512: “Date”: 没有合适的默认构造函数可用。

关于编译器生成的默认成员函数，很多人会有疑惑：不实现构造函数的情况下，编译器会生成默认的构造函数。但是看起来默认构造函数又没什么用？d对象调用了编译器生成的默认构造函数，但是d对象_year/_month/_day，依旧是随机值。也就说在这里编译器生成的默认构造函数并没有什么用？？

解答：C++把类型分成内置类型(基本类型)和自定义类型。内置类型就是语言提供的数据类型，如：int/char...，自定义类型就是我们使用class/struct/union等自己定义的类型，看看下面的程序，就会发现编译器生成默认的构造函数会对自定类型成员_t调用的它的默认成员函数。

class Time
{
public:Time(int hour = 24, int minute = 0, int second = 0){cout << "构造函数：Time()" << endl;_hour = hour;_minute = minute;_second = second;}
private:int _hour;int _minute;int _second;
};class Date
{
public:void Print(){cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;}
private://基本类型（内置类型） -> 随机值int _year;int _month;int _day;//C++11以后版本，可以在成员变量声明时给默认值！！//int _year = 2024;//int _month = 6;//int _day = 19;//自定义类型  -> 调用自己的默认成员函数Time _t;
};int main()
{Date d1;d1.Print();return 0;
}

在这里插入图片描述

事实上自定义类型的尽头还是内置类型。自定义类型既是内置类型和自定义类型(可无)组合，最后还是需要我们来初始化的！

注意：C++11 中针对内置类型成员不初始化的缺陷，又打了补丁，即：内置类型成员变量在类中声明时可以给默认值。

无参的构造函数和全缺省的构造函数都称为默认构造函数，并且默认构造函数只能有一个。注意：无参构造函数、全缺省构造函数、我们没写编译器默认生成的构造函数，都可以认为是默认构造函数。 （不传参就可以调用的构造函数）

class Date
{
public:Date(){_year = 1900;_month = 1;_day = 1;}Date(int year = 2024, int month = 5, int day = 9){_year = year;_month = month;_day = day;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
// 以下测试函数能通过编译吗？
int main()
{Date d1;return 0;
}