C++ 类与对象入门：基础知识与定义

引言：

本来打算用一篇介绍清楚C++中的类与对象，再三考虑后觉得不妥：第一，知识点实在太多；第二，对于从刚学完C并打算过渡到C++的朋友来说，学的太深较有难度…

总而言之，我打算用三到四篇文章去介绍，难度由易到难，希望可以帮助各位能全面且无压力的学习该内容
本文也会不断的更新，比如加入一些图片或者动图来帮助大家理解，如有好想法希望各位能够多多批评指正

第一部分：类的基本概念

类的定义

在C++中，类是一种用户自定义的数据类型（类似于C语言中的struct），它将数据（属性）和操作这些数据的函数（方法）封装在一起。

类是面向对象编程的核心概念之一，它允许我们以一种结构化的方式组织代码，提高代码的可重用性和可维护性。

定义一个类

类的定义通常包含以下几个部分：

类名：类的名字应该具有描述性，以便其他开发者能够理解该类的用途。
成员变量：类内部的数据，也称为属性。
成员函数：类内部的函数，用于操作成员变量。

对比C语言来看，"内容"不过多了一个成员函数（但是大有讲头）

下面是一个简单的类定义示例：

#include <iostream>
using namespace std;class Person {// 成员变量string name;int age;public:// 成员函数void setName(string n) {name = n;}void setAge(int a) {age = a;}void display() {cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << endl;}
};int main() {Person p;p.setName("Alice");p.setAge(30);p.display();return 0;
}

在这个例子中：依旧是经典的Person类

Person 是类名。
name 和 age 是成员变量。
setName、setAge 和 display 是成员函数。

访问控制

C++ 中提供了三种访问控制关键字：public、private 和 protected。这些关键字用于控制类成员的可见性和可访问性。

public：公共成员，可以在类的外部直接访问。
private：私有成员，只能在类的内部访问。
protected：受保护成员，只能在类的内部和派生类中访问。

访问控制示例

#include <iostream>
using namespace std;class Person {
private:string _name;int _age;public:void setName(string n) {_name = n;}void setAge(int a) {_age = a;}void display() {cout << "Name: " << _name << ", Age: " << _age << endl;}
};int main() {Person p;p.setName("李四");p.setAge(18);p.display();// 下面这行代码会编译错误，因为 _name 是私有的// p._name = "王五";return 0;
}

在这个例子中，_name 和 _age 被声明为 private，因此不能在类的外部直接访问它们。只有通过 setName 和 setAge 这样的公共成员函数才能修改这些私有成员。

💡tips：建议各位在声明私有变量时在前方加入符号’_’

类域

类定义了一个作用域，类内的所有成员都在类的作用域；若在类外定义成员函数，需加入::此时将不再是内联函数(inline，详细见历史文章)
类影响的是编译的规则，如果不加person::，则默认全局查找，加入就会告知编译profession函数是person类的成员函数

void person::profession()
{cout << "类外定义"<<endl;
}

类的实例化

可理解为图纸 -> 实物（class_type -> obj）的过程

person p1;

用person实例化出一个对象,person充当图纸，实物充当实物。

类对象的大小

在文章开头提到 C++ 的class和 C的struct类似，各位也能感受出来。

class中成员变量也是需要对齐的，法则与结构体一致

各位可以注意到，class中有成员函数的存在，也需要对齐吗，如果这样每个对象都需要开出这么多空间吗？我们可以创建两个变量，然后对比两者成员函数的地址

在这里插入图片描述
显而易见，两对象的成员函数地址一致，该类的成员函数共用一块内存

在这里插入图片描述

构造函数与析构函数

构造函数和析构函数是特殊的成员函数，它们分别在对象创建和销毁时自动调用。

名称	作用
构造函数	用于初始化对象。构造函数的名称与类名相同，且没有返回值类型。
析构函数	用于清理对象占用的资源。析构函数的名称与类名相同，但在前面加上波浪线 `~`，且没有参数和返回值类型

声明

在类名前加~
无参数无返回值
一个类只能有一个析构函数，若未显式定义，则由系统默认生成
对象生命周期结束时，编译器自动调用析构函数
跟构造函数相似，对内置类型不做处理，自定义类型会调用其析构函数
我们显示编写析构函数，自定义类型被销毁时一样会调用析构函数

~person(){delete[] _name;free(this->ps);ps = nullptr;}

如果该类有其他类的对象会怎样呢?

#include <iostream>
using namespace std;class Test {
private:int socre;
public:Test(int score=0){}~Test() {cout << "Test析构函数" << endl;}
};class Person {
private:string _name;int _age;Test _t1;public:void setName(string n) {_name = n;}void setAge(int a) {_age = a;}void display() {cout << "Name: " << _name << ", Age: " << _age << endl;}~Person() {cout << "Person类析构函数" << endl;}
};int main() {Person p;return 0;
}

Person类析构函数
Test析构函数

运行结果如上，在 C++ 中，对象的析构顺序与其构造顺序相反。具体来说：


构造顺序	先构造 Person 对象 p。在构造 Person 对象时，会构造其成员对象 _t1
析构顺序	当 Person 对象 p 的生命周期结束时，先调用 Person 类的析构函数 ~Person()。在 Person 类的析构函数中，会销毁其成员对象 _t1，因此调用 Test 类的析构函数 ~Test()。

因此，Person 类的析构函数先调用，然后才是 Test 类的析构函数。这是因为 Person 对象的整体生命周期结束后，才会销毁其成员对象。

拷贝构造函数

拷贝构造函数是构造函数的一种重载。
拷贝构造函数的参数必须是类型对象的引用，传值方式会导致无穷递归调用。
自定义类型对象进行拷贝时必须调用拷贝构造函数，因此传值传参和传值返回都会调用拷贝构造。
若未显式定义拷贝构造函数，编译器会生成一个默认的拷贝构造函数
对内置类型成员变量进行浅拷贝，对自定义类型成员变量调用其拷贝构造函数。
如果一个类显式实现了析构函数并释放资源，那么也需要显式实现拷贝构造函数。
传值返回会产生临时对象并调用拷贝构造函数，而传引用返回不会产生拷贝，但要确保返回的对象在函数结束后仍然有效，否则会返回野引用。传引用可以减少不必要的拷贝，但要确保引用的有效性。

对于第二条各位可能不太好理解，假如我们这么定义

//以下为错误示范，请勿模仿
Person(Person source) { _name = source._name; _age = source._age;
}
//.....
int main(){Person p1("张三","18");Person p2(p1);
}

由于是传值操作，相当于把p1拷贝了一份并且该变量也是个Person类对象，也需要借助拷贝构造进行拷贝，因此会造成无限递归，十分危险
在这里插入图片描述
正确示范

class Person {
private:string _name;int _age;public:// 默认构造函数Person(_name = nullptr,_age = 0) :{}// 拷贝构造函数Person(const Person& other) {strcpy(_name,name);_age = age;}void setName(string n) {_name = n;}void setAge(int a) {_age = a;}void display() {cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << endl;}
};int main() {Person p1;p1.setName("张三");p1.setAge(18);Person p2(p1);  // 调用拷贝构造函数p2.display();return 0;
}