cpp类与对象(上2)

仙云Q122024-06-28 8:51

目录

封装

类的作用域

类的实例化

类对象模型

如何计算类对象的大小

类对象的存储方式

结构体内存对齐规则

this指针

this指针的特性

C语言和C++实现Stack的对比

C实现

C++实现

封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态。

封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，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，完成日
常事务。但实际上电脑真正工作的却是 CPU 、显卡、内存等一些硬件元件。
在 C++ 语言中实现封装，可以 通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来
隐藏对象内部实现细节，控制哪些方法可以在类外部直接被使用 。

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 PrintPersonInfo();
private:
 char _name[20];
 char _gender[3];
 int  _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo()
{
 cout << _name << " "<< _gender << " " << _age << endl;
}

类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

  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

  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

    int main()
    {
    Person._age = 100; // 编译失败：error C2059: 语法错误:"."
    return 0;
    }

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
3. 做个比方。 类实例化出对象就像现实中使用建筑设计图建造出房子，类就像是设计图 ，只设
计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象
才能实际存储数据，占用物理空间

类对象模型

如何计算类对象的大小

class A
{
public:
void PrintA()
{
   cout<<_a<<endl;
}
private:
char _a;
};

类对象的存储方式

只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段
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

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。

this****指针

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 main()
{
 Date d1, d2;
 d1.Init(2022,1,11);
 d2.Init(2022, 1, 12);
 d1.Print();
 d2.Print();
 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 Init 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 。

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

    // 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 Print()
    {
    cout << "Print()" << endl;
    }
    private:
    int _a;
    };
    int main()
    {
    A* p = nullptr;
    p->Print();
    return 0;
    }
    //答案C，语法没错，同时没有直接访问this指针，因此程序可以正常运行
    // 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()
    {
    cout<<_a<<endl;
    }
    private:
    int _a;
    };
    int main()
    {
    A* p = nullptr;
    p->PrintA();
    return 0;
    }
    //答案B,语法没错，但是对this指针进行了访问，由于没有初始化因此会报错

C语言和C++实现Stack****的对比

C实现

//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;
}

C++实现

typedef int DataType;
class Stack
{
public:
 void Init()
 {
 _array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * 3);
 if (NULL == _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 = NULL;
 _capacity = 0;
 _size = 0;
 }
 }
private:
 void CheckCapacity()
 {
 if (_size == _capacity)
 {
 int newcapacity = _capacity * 2;
 DataType* temp = (DataType*)realloc(_array, newcapacity *
sizeof(DataType));
 if (temp == NULL)
 {
 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那些方法在
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 。

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