【C++】C++入门 — 类和对象初步介绍

类和对象

• [1 类的作用域](#1 类的作用域)
• [2 类的实例化](#2 类的实例化)
• [3 类对象模型](#3 类对象模型)
• [4 this指针](#4 this指针)
• • 介绍：
  • 特性：
• Thanks♪(･ω･)ﾉ谢谢阅读！
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1 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 personage();
	pubilc:
	char* _name;
	int _age;
	int _class;	
};
//需要标明作用域 才能正确定义
void person::personage(){
	cout << _name << endl;
}

2 类的实例化

类的实例化就是创建类对象

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 ；
   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。
   只有我填了表并上交保存才是创建了一个新对象。完成了实例化。
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

以上述为例：

int main(){
	//进行实例化
	preson jack;
	
	jack._name = "Jack";
	jack._age = 18;
	jack._class = 01;
	
	return 0;
}

3 类对象模型

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？

我们来做一下实验：对刚才的 person类 进行大小计算：

可见person类的大小是 16（X64环境）

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
类的成员函数不占用对象内存区，函数的分布位置为代码区，同一个类实例化的所有对象共享相同的函数。

这是如何计算出来的呢？

其实与结构体类似，具有相同的对齐规则，

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

面试题：
结构体怎么对齐？ 为什么要进行内存对齐？

在C++中，类（class）的成员变量在内存中的布局需要遵循内存对齐规则，主要是出于以下几个关键原因：

1. 性能优化：（主要原因）

   • 访问未对齐的内存地址在某些硬件架构上可能导致性能下降。例如，许多处理器在访问自然边界（通常是2、4、8字节的倍数地址）上的数据时效率最高。如果一个4字节的数据没有按照4字节对齐，处理器可能需要执行两次内存访问操作来获取完整的数据，这无疑会降低程序运行速度。

2. 硬件要求：

   • 一些硬件平台（如ARM、x86等）的指令集直接要求对某些类型的数据进行对齐访问，否则会导致数据错误或触发硬件异常。例如，SSE指令在处理向量数据时就需要16字节对齐。

3. 缓存效率：

   • 内存对齐也有助于提高缓存的使用效率。现代CPU使用多级缓存系统，通常以固定大小的块（缓存行）从主内存加载数据。如果对象在内存中被正确对齐，那么该对象可能会更高效地填充缓存行，从而减少缓存冲突和伪共享现象。

4. 平台移植性：

   • 不同的计算机体系结构可能有不同的内存对齐要求，通过在编程语言层面实现内存对齐，可以保证代码在不同平台上具有更好的可移植性和一致性。

因此，在C++中编译器默认会对类的成员变量进行内存对齐，当然也可以通过预定义的编译器宏（如#pragma pack）或者显式指定成员变量的对齐方式来控制类的内存布局。

4 this指针

介绍：

我们先定义一个日期Date类：

#include<iostream>
using namespace std;
class Date {
public:
	Date(int year = 2024, int month = 1, int day = 1) {
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	void show() {
		cout << _year << "-" << _month << "-" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main() {

	Date today(2024, 2, 4);
	Date yesterday(2024, 2, 3);
	
	today.show();

	return 0;
}

对于上述类，有这样的一个问题：

Date类中有 Init 与 Print 两个成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用默认构造函数时，该函数是如何知道应该设置today对象，而不是设置yesterday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

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。可以保护好指针内容。
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
   

【面试题】

1. this指针存在哪里？
2. this指针可以为空吗？

this指针存在于哪里？

在C++中，this指针是一个隐含的、非静态成员函数内部可用的特殊指针，它指向当前正在调用该成员函数的对象实例。
每次调用非静态成员函数时，编译器都会自动将对象的地址作为额外的第一个参数传递给该函数

尽管在源代码中我们并不直接看到这个参数。在函数体内部，this关键字用于引用这个隐含的指针。

因此，this指针实际上是存在于每个非静态成员函数的执行上下文中，并且它始终指向当前调用该函数的对象实例。

this指针可以为空吗？

在常规情况下，当一个有效的对象调用其成员函数时，this指针不应该为空。然而，在某些特定情况下，this指针确实可能为空，特别是在不正确的使用情况下，比如：

• 当对象尚未完全构造完成时，即在构造函数初始化列表结束前或进入构造函数主体之前访问this，这时的行为是未定义的，编译器不会阻止这样的行为，但可能导致崩溃或其他不可预测的结果。
• 如果通过一个空指针调用了成员函数，如同其他间接调用一样，这是典型的运行时错误，表现为"空指针异常"（Null Pointer Exception）。例如：

    MyClass* obj = nullptr;
    obj->someFunction(); // 这将引发空指针异常，因为试图通过nullptr调用成员函数

• 在C++11引入右值引用之后，移动构造函数或移动赋值运算符中，当源对象即将被移动（资源转移）后置为无效状态时，也可能出现类似情况，但这不是this本身为空，而是对象即将变成无效状态。

总之，正常情况下，程序员应该避免让this指针处于空状态，确保在成员函数调用期间对象的有效性。如果需要检查this是否为空，可以在成员函数开始时添加适当的断言来防止潜在的问题。

Thanks♪(･ω･)ﾉ谢谢阅读！

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