【C++】类与对象

念来过倒字名qwq2024-03-12 21:19

文章目录

  • [1. 面向过程与面向对象](#1. 面向过程与面向对象)
  • [2. 类（class）](#2. 类（class）)
  • [3. 访问限定符](#3. 访问限定符)
  • [4. 类的实例化](#4. 类的实例化)
  • [5. this指针](#5. this指针)
  • [6. 默认成员函数](#6. 默认成员函数)
    • [6.1 构造函数](#6.1 构造函数)
    • [6.2 析构函数](#6.2 析构函数)
    • [6.3 拷贝构造函数](#6.3 拷贝构造函数)

1. 面向过程与面向对象

C语言是面向过程（procedure-oriented）的语言，分析出求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题。以洗衣服举例，需要很多个步骤：

C++是面向对象（object-oriented）的语言，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成。洗衣服这件事可以拆分成三个对象：人、衣服和洗衣粉，可能也有洗衣机，洗衣服这个过程是由这三个或四个对象之间交互完成的。

2. 类（class）

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。

cpp 复制代码 
struct Person {
	char name[20];
	int age;
	char gender;
	int height;
	int weight;
	char introduction[100];

	void showInfo() {
		cout << name << " - " << age << " - " << gender << endl;
	}

	void sleep() {
		
	}

	void washCloth() {

	}

	void readBook() {

	}

	void work() {

	}

	void study() {

	}
};

可以这么做是因为C++需要兼容C，事实上C++更喜欢用class关键字表示一个类：

cpp 复制代码 
class Person
{
	// 类体由变量和函数组成
};

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成员函数 。可以将成员的声明和定义一起放在类中 ，如果成员函数放在类中定义，编译器可能会将其当成内联函数处理；也可以将类成员的声明和定义分开，类中的成员变量和成员函数的声明放在.h头文件，成员函数的定义放在.cpp文件。

类的作用域

类定义了一个新的作用域，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。

cpp 复制代码 
class Person {
	char name[20];
	int age;
	char gender;
	int height;
	int weight;
	char introduction[100];

	void showInfo();
	void sleep();
	void washCloth();
	void readBook();
	void work();
	void study();
};

void Person::showInfo() {
	cout << name << " - " << age << " - " << gender << endl;
}

3. 访问限定符

访问限定符用于确定类成员的访问权限：

  1. public：被public修饰的成员在类外可以被访问；
  2. protected：被protected修饰的成员在类外不能被访问，但可以在继承的子类中被访问；
  3. private：被private修饰的成员在类外不能被访问。

class关键字定义类的默认访问权限是private，这是因为面向对象三大特性之一的封装。struct关键字定义类的默认访问权限是public，因为需要兼容C。

封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。封装是将数据和操作数据的方法进行结合，通过访问权限来隐藏对象内部的属性和实现细节，控制哪些函数可以在类外部直接被使用，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。对于计算机使用者而言，不用关心内部核心部件，主板上线路是如何布局的，CPU内部是如何设计的。

cpp 复制代码 
class Person {

private:
	char name[20];
	int age;
	char gender;
	int height;
	int weight;
	char introduction[100];

public:
	void showInfo();
	void sleep();
	void washCloth();
	void readBook();
	void work();
	void study();
};

void Person::showInfo() {
	cout << name << " - " << age << " - " << gender << endl;
}

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。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内存空间，存储类成员变量。

cpp 复制代码 
int main() {
	Person p1;
	Person p2;
	Person p3;
}

计算对象的内存大小与计算结构体的大小一致，可以看这篇文章计算结构体的大小了解，简单地说就是按计算结构体大小的方式来计算类成员变量的大小。成员函数不会包括在内，因为成员函数是n个对象共用的，存放在公共代码区。另外空类比较特殊，它也有大小，占用1个字节空间。

5. this指针

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，因此this指针并不存放在对象中，而是在栈中（可能也在寄存器中，取决于编译器）。

this指针的类型：类的类型* const，只能在"成员函数"的内部使用。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，不需要程序员手动传递。

下面两段程序编译运行结果是？ A、编译报错 B、运行崩溃 C、正常运行

cpp 复制代码 
class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << "Print()" << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	 A* p = nullptr;
	 p->Print();
	 return 0;
}

C.正常运行，表面存在空指针问题，但成员函数中并没有使用其它成员，仅仅只是打印一个字符串，不会导致空指针访问。

cpp 复制代码 
class A
{ 
public:
    void PrintA() 
	{
	    cout<<_a<<endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->PrintA();
    return 0;
}

B.运行崩溃，成员函数中使用了成员变量，实际上是this指针访问的成员，造成了空指针。

6. 默认成员函数

如果一个类中什么成员都没有，简称为空类。空类并不是什么都没有，编译器会自动生成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。

1. 构造函数：初始化对象；
2. 析构函数：清理对象中申请的动态内存；
3. 拷贝构造：使用同类对象创建另一个对象；
4. 赋值重载：把一个对象赋值给另一个对象；

  1. 普通对象取地址重载；

  2. const对象取地址重载。

后面两个取地址重载很少用。

6.1 构造函数

构造函数是一个特殊的成员函数，名字与类名相同，创建对象时由编译器自动调用，并不是开空间创建对象，而是完成对象的初始化工作。

cpp 复制代码 
class Date {
private:
	int year;
	int month;
	int day;
public:
	Date() { // 无参构造

	}
	Date(int y, int m, int d) {
		year = y;
		month = m;
		day = d;
	}
};

int main() {
	Date date1;
	Date date2(2024, 3, 11);
	return 0;
}

如果通过无参构造函数创建对象，后面不用跟括号，否则就成了函数声明。

构造函数特征如下：

  1. 函数名与类名相同。
  2. 无返回值。
  3. 对象实例化时编译器自动调用对应的构造函数。
  4. 构造函数可以重载。
  5. 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。
  6. 无参的构造函数、全缺省的构造函数、编译器默认生成的构造函数都称为默认构造函数，在一个类中这三个默认构造函数只能存在其中一个，因为这三个都可以不用传参，如果同时存在会产生调用歧义。
cpp 复制代码 
class Date {
private:
	int year;
	int month;
	int day;
public:
	Date() { // 与下面全缺省的构造函数存在冲突

	}
	Date(int y = 2024, int m = 2, int d = 22) {
		year = y;
		month = m;
		day = d;
	}
};
  1. 编译器生成默认的构造函数，会对类中其它自定类型成员调用的它的默认构造
    函数。比如Date类中如果包含一个Time类成员：
cpp 复制代码 
class Time {
private:
	int hour;
	int minute;
	int second;
public:
	Time() {
		cout << "Time()" << endl;
	}
};
class Date {
private:
	int year;
	int month;
	int day;
	Time time;
public:
	Date(int y = 2024, int m = 2, int d = 22) {
		cout << "Date(int, int, int)" << endl;
		year = y;
		month = m;
		day = d;
	}
};

int main() {
	Date date;
	return 0;
}

由于默认生成的构造函数不会进行有效的初始化，给的是随机值，所以C++11开始可以给内置类型（int/char/double等）成员在类中声明时给默认值，如果没有指定初始化则初始化成默认值。

cpp 复制代码 
class Date
{
private:
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	Time _time;
};

6.2 析构函数

析构函数不是完成对对象本身的销毁，对象在销毁时会自动调用析构函数，完成对象中资源的清理工作。

析构函数的特征如下：

  1. 析构函数名是在类名前加上字符 ~。
  2. 无参数和无返回值类型。
  3. 一个类只能有一个析构函数，若未显式定义，系统会自动生成默认的析构函数。
  4. 析构函数不能重载。
  5. 对象生命周期结束时，C++编译系统系统自动调用析构函数。
cpp 复制代码 
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (NULL == _array)
		{
			perror("Stack malloc failed.");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};
  1. 编译器生成的默认析构函数，对自定义类型的成员调用它的析构函数。
cpp 复制代码 
class Time
{
public:
 ~Time()
 {
 	cout << "~Time()" << endl;
 }
private:
	int _hour;
	int _minute;
	int _second;
};
class Date
{
private:
	int _year = 1970;
	int _month = 1;
	int _day = 1;
	Time _time;
};
int main()
{
	Date d;
	return 0;
}
  1. 如果类中没有申请资源时，析构函数可以不写，直接使用编译器生成的默认析构函数。有资源申请时(malloc)，一定要写，否则会造成资源泄漏。

6.3 拷贝构造函数

拷贝构造函数创建一个与已存在对象一样值的新对象。参数只有单个形参，该形参是对本类类型对象的引用，且一般常用const修饰，在用已存在的类型对象创建新对象时由编译器自动调用。

拷贝构造函数特征如下：

  1. 拷贝构造函数是构造函数的一个重载形式。
cpp 复制代码 
class Date
{
public:
 Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
 {
	 _year = year;
	 _month = month;
	 _day = day;
 }
 Date(const Date& d)  
 {
	 _year = d._year;
	 _month = d._month;
	 _day = d._day;
 }
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
  1. 拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用 ，使用传值方式的话编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。这是错误写法，传值会引发无穷递归：
cpp 复制代码 
 Date(const Date d)  
 {
	 _year = d._year;
	 _month = d._month;
	 _day = d._day;
 }

原因如下：

cpp 复制代码 
void Test1(const Date d) {

}
void Test2(const Date& d) {

}
int main() {
	Date date1;
	Test1(date1); // 调用Test1传值会首先调用拷贝构造
	Test2(date1); // 传引用不会去调用拷贝构造
}

所以说拷贝构造的形参不使用引用，会引发无穷递归：

初始化date2时传值而不传引用，调用了一层拷贝构造后，拷贝构造本身继续传值继续调用拷贝构造引发无穷递归，现在这样写的话vs直接爆红，编译都不给编译。

  1. 若未显式定义拷贝构造，默认的拷贝构造函数按字节序完成拷贝，这种拷贝叫做浅拷贝（值拷贝） 。如果类中有需要申请内存资源的成员（需要malloc的成员），默认的拷贝构造无法完成拷贝，需要自己显示定义完成深拷贝。比如：
cpp 复制代码 
typedef int DataType;
class Stack
{
public:
	Stack(size_t capacity = 4)
	{
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (NULL == _array)
		{
			perror("Stack malloc failed.");
			return;
		}
		_capacity = capacity;
		_size = 0;
	}
	~Stack()
	{
		if (_array)
		{
			free(_array);
			_array = NULL;
			_capacity = 0;
			_size = 0;
		}
	}
private:
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};

使用默认的拷贝构造传入stack1初始化stack2，stack2的array仅仅只是把stack1的array地址值拷贝过来了，意味着共用同一块内存。

显示定义拷贝构造为深拷贝的正确写法：

cpp 复制代码 
	Stack(const Stack& rStack) {
		_capacity = rStack._capacity;
		_size = rStack._size;
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * _capacity);
		memcpy(_array, rStack._array, _size);
		//for (int i = 0; i < _size; ++i) {
		//	_array[i] = rStack._array[i];
		//}
	}

为了提高程序效率，一般对象传参时，尽量使用引用类型；函数返回值根据实际场景，能用引用尽量使用引用。

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