C++类和对象（上）

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目录

类的定义

类定义格式

访问限定符

类域

实例化

实例化概念

对象⼤⼩

this指针

C++和C语⾔实现Stack对⽐

C实现Stack代码

C++实现Stack代码

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类的定义

类定义格式

• class为定义类的关键字，Stack为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后⾯分号不能省 略。类体中内容称为类的成员：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 者成员函数。
• 为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前⾯或者后⾯加_或者m 开头，注意C++中这个并不是强制的，只是⼀些惯例，具体看公司的要求。
• C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的⽤法，同时struct升级成了类，明显的变化是 struct中可以定义函数，⼀般情况下我们还是推荐⽤class定义类。
• 定义在类⾯的成员函数默认为inline。

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在类里，我们可以定义，成员变量和成员函数，

#include<iostream>
#include<assert.h>

class Stack
{
    //成员函数
    //成员变量

}; // 分号不能省略

下面这个代码我们可以看到，栈的成员变量和成员函数。

#include<iostream>
#include<assert.h>

class Stack
{

    // 成员函数
    
    //初始化
    void Init(int n = 4)
    {
        array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
        if (nullptr == array)
        {
            perror("malloc申请空间失败");
                return;
        }
        capacity = n;
        top = 0;
    }
    //入栈
    void Push(int x)
    {
        // ...扩容

        array[top++] = x;
    }
    //出栈
    int Top()
    {
        assert(top > 0);
        return array[top - 1];
    }
    //销毁
    void Destroy()
    {
        free(array);
        array = nullptr;
        top = capacity = 0;
    }


    // 成员变量
    int* array;
    size_t capacity;
    size_t top;

}; // 分号不能省略

• class****为定义类的关键字，Stack为类的名字，{}中为类的主体，注意类定义结束时后⾯分号不能省 略。类体中内容称为类的成员：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 者成员函数。
• C++中struct也可以定义类，C++兼容C中struct的⽤法，同时struct升级成了类，明显的变化是struct中可以定义函数，⼀般情况下我们还是推荐⽤class定义类。
• 定义在类⾯的成员函数默认为inline。

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为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量会加⼀个特殊标识，如成员变量前⾯或者后⾯加_或者m 开头，注意C++中这个并不是强制的，只是⼀些惯例，具体看公司的要求。

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	// 为了区分成员变量，⼀般习惯上成员变量
	// 会加⼀个特殊标识，如_ 或者 m开头
	int _year; // year_ m_year
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d;
	d.Init(2024, 3, 31);
	return 0;
}

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C++升级了struct升级成了类。

#include<iostream>
using namespace std;
// C++升级struct升级成了类
// 1、类⾥⾯可以定义函数
// 2、struct名称就可以代表类型
// C++兼容C中struct的⽤法
typedef struct ListNodeC
{
	struct ListNodeC* next;
	int val;
}LTNode;
// 不再需要typedef，ListNodeCPP就可以代表类型
struct ListNodeCPP
{
	void Init(int x)
	{
		next = nullptr;
		val = x;
	}
	ListNodeCPP* next;
	int val;
};
int main()
{
	return 0;
}

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访问限定符

• C++⼀种实现封装的⽅式，⽤类将对象的属性与⽅法结合在⼀块，让对象更加完善，通过访问权限
• 选择性的将其接⼝提供给外部的⽤⼾使⽤。
• public修饰的成员在类外可以直接被访问；protected和private修饰的成员在类外不能直接被访
• 问，protected和private是⼀样的，以后继承章节才能体现出他们的区别。
• 访问权限作⽤域从该访问限定符出现的位置开始直到下⼀个访问限定符出现时为⽌，如果后⾯没有
• 访问限定符，作⽤域就到?}即类结束。
• class定义成员没有被访问限定符修饰时默认为private，struct默认为public。
• ⼀般成员变量都会被限制为private/protected，需要给别⼈使⽤的成员函数会放为public。

protected保护和私有是一样的。

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公有可以在class外使用或修改，私有class里面才能使用或修改。

#include<iostream>
#include<assert.h>

class Stack
{
public://公有

    // 成员函数
    //初始化
    void Init(int n = 4)
    {
        array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
        if (nullptr == array)
        {
            perror("malloc申请空间失败");
            return;
        }
        capacity = n;
        top = 0;
    }
    //入栈
    void Push(int x)
    {
        // ...扩容

        array[top++] = x;
    }
    //出栈
    int Top()
    {
        assert(top > 0);
        return array[top - 1];
    }
    //销毁
    void Destroy()
    {
        free(array);
        array = nullptr;
        top = capacity = 0;
    }

private://私有

    // 成员变量
    int* array;
    size_t capacity;
    size_t top;

}; // 分号不能省略

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类域

• 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。
• 类域影响的是编译的查找规则，下⾯程序中Init如果不指定类域Stack，那么编译器就把Init当成全局函数，那么编译时，找不到array等成员的声明/定义在哪⾥，就会报错。指定类域Stack，就是知道Init是成员函数，当前域找不到的array等成员，就会到类域中去查找。

//Stack.h文件
#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
    // 成员函数
    void Init(int n = 4);
private:
    // 成员变量
    int* array;
    size_t capacity;
    size_t top;
};

//Stack.cpp文件

// 声明和定义分离，需要指定类域
void Stack::Init(int n)
{
    array = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
    if (nullptr == array)
    {
        perror("malloc申请空间失败");
        return;
    }
    capacity = n;
    top = 0;
}

//test.cpp文件
int main()
{
    Stack st;
    st.Init();
    return 0;
}

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在Stack.cpp文件中，声明和定义分离，需要使⽤ :: 作⽤域操作符指明成员属于哪个类域，Stack这个域Stack:: ，这样就可以找到这个函数了。

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实例化

实例化概念

• ⽤类类型在物理内存中创建对象的过程，称为类实例化出对象。
• 类是对象进⾏⼀种抽象描述，是⼀个模型⼀样的东西，限定了类有哪些成员变量，这些成员变量只是声明，没有分配空间，⽤类实例化出对象时，才会分配空间。
• 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。打个⽐⽅：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，设计图规划了有多少个房间，房间⼤⼩功能等，但是并没有实体的建筑存在，也不能住⼈，⽤设计图修建出房⼦，房⼦才能住⼈。同样类就像设计图⼀样，不能存储数据，实例化出的对象分配物理内存存储数据。

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d1和d2是不同的对象，它们的成员变量不是一样的，就像上面这个图一样，

举例：

一张房子的图纸,可以建很多套房子，建成房子后才可以住人。

就像类是房子一样，要实例化对象，才可以使用。

成员函数也不是存在类里的，是存在栈里的，当类实例化出多个对象后，多个对象调用的都是同一个，成员函数。

using namespace std;
class Date
{
public:
    //成员函数
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}

private://成员变量
	// 声明
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};


int main()
{

	// 类实例化出对象
    // Date类实例化出对象d1和d2 
	Date d1;
	Date d2;
	d1.Init(2024, 8, 6);
	d2.Init(2025, 8, 7);

	d1.Print();
	d2.Print();



	return 0;
}

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对象⼤⼩

分析⼀下类对象中哪些成员呢？类实例化出的每个对象，都有独⽴的数据空间，所以对象中肯定包含成员变量，那么成员函数是否包含呢？⾸先函数被编译后是⼀段指令，对象中没办法存储，这些指令存储在⼀个单独的区域(代码段)，那么对象中⾮要存储的话，只能是成员函数的指针。再分析⼀下，对象中是否有存储指针的必要呢，Date实例化d1和d2两个对象，d1和d2都有各⾃独⽴的成员变量_year/_month/_day存储各⾃的数据，但是d1和d2的成员函数Init/Print指针却是⼀样的，存储在对象中就浪费了。如果⽤Date实例化100个对象，那么成员函数指针就重复存储100次，太浪费了。这⾥需要再额外哆嗦⼀下，其实函数指针是不需要存储的，函数指针是⼀个地址，调⽤函数被编译成汇编指令[call地址]，其实编译器在编译链接时，就要找到函数的地址，不是在运⾏时找，只有动态多态是在运⾏时找，就需要存储函数地址，这个我们以后会讲解。

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上⾯我们分析了对象中只存储成员变量，C++规定类实例化的对象也要符合内存对⻬的规则。

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内存对⻬规则

• 第⼀个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
• 其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。
• 注意：对⻬数 = 编译器默认的⼀个对⻬数 与 该成员⼤⼩的较⼩值。
• VS中默认的对⻬数为8
• 结构体总⼤⼩为：最⼤对⻬数（所有变量类型最⼤者与默认对⻬参数取最⼩）的整数倍。
• 如果嵌套了结构体的情况，嵌套的结构体对⻬到⾃⼰的最⼤对⻬数的整数倍处，结构体的整体⼤⼩就是所有最⼤对⻬数（含嵌套结构体的对⻬数）的整数倍。

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我们来计算ABC实例化对象大小是多少。

using namespace std;
// 计算一下A/B/C实例化的对象是多大？
class A
{
public:
	void Print()
	{
		cout << _ch << endl;
	}
private:
	char _ch;
	int _i;
};

// 没有成员变量的类对象，开1byte，占位，不存储有效数据
// 标识对象的存在
class B
{
public:
	void Print()
	{
		//...
	}
};

class C
{};

int main()
{
	A a;
	B b;
	C c;
	cout << sizeof(a) << endl;
	cout << sizeof(b) << endl;
	cout << sizeof(c) << endl;
 
	return 0;
}

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A这个类，_ch是一个字节占用在0的位置，因为是按倍数来存的，int类型是4字节只能在4的倍数开始占用，

_i是4个字节，从4开始往下占用4个字节，大小是8个字节。

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B这个类， 只有一个成员函数，但是成员函数不是存放在类里的，是存放在栈里，所以成员函数不算类的大小。

没有成员变量的类对象，开1byte，占位，不存储有效数据标识对象的存在。

所以大小是1字节。

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C这个类，没有成员变量和成员函数

没有成员变量的类对象，开1byte，占位，不存储有效数据标识对象的存在。

所以大小是1字节。

上⾯的程序运⾏后，我们看到没有成员变量的B和C类对象的⼤⼩是1，为什么没有成员变量还要给1个字节呢？因为如果⼀个字节都不给，怎么表⽰对象存在过呢！所以这⾥给1字节，纯粹是为了占位标识对象存在。

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结果：

我们可以看到结果确实是正确的。

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this指针

• 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和Print函数时，该函数是如何知道应该访问的是d1对象还是d2对象呢？那么这⾥就要看到C++给了⼀个隐含的this指针解决这⾥的问题 a
• 编译器编译后，类的成员函数默认都会在形参第⼀个位置，增加⼀个当前类类型的指针，叫做this指针。⽐如Date类的Init的真实原型为，void Init(Date* const this, int year,int month, int day)
• 类的成员函数中访问成员变量，本质都是通过this指针访问的，如Init函数中给_year赋值，this->_year = year;
• C++规定不能在实参和形参的位置显⽰的写this指针(编译时编译器会处理)，但是可以在函数体内显⽰使⽤this指针。

在类里还有一个隐藏的this指针。

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
public:
	// void Init(Date* const this, int year, int month, int day)
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		//this->_year
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	//void Print(Date* const this)
	void Print()
	{
		//cout << this->_year << "/" << this->_month << "/" << this->_day << endl;
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}
private:
	// 声明
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};

int main()
{
	// Date类实例化出对象d1和d2 
	Date d1;
	Date d2;

	//d1.Init(&d1, 2024, 8, 6);
	//d2.Init(&d2, 2025, 8, 7);

	d1.Init(2024, 8, 6);
	d2.Init(2025, 8, 7);

	//d1.Print(&d1);
	//d2.Print(&d2);
	d1.Print();
	d2.Print();

	return 0;
}

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当我们传参数给成员函数的时候，还隐藏传着实例化的地址,

当然C++规定不能在实参和形参的位置显⽰的写this指针(编译时编译器会处理)。

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我们可以看到这个，this接收实例化后的地址，，但是这个const修饰地址不能改变，但是可以修改。

*当成员函数在使用的时候，lnit在访问成员变量的时候，不是*year = year这样的，而是this->year = year这样的，

传过来的是实例化的地址，通过实例化地址来访问成员变量，进行赋值，

Print那个打印函数也是一样的,通过实例化地址进行打印。

下⾯通过两个选择题测试⼀下前⾯的知识学得如何？

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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

#include<iostream>
using namespace std;

class A
{
public:
     void Print()//this接收了p，但是p是空指针
     {
         //但是这里没有对空指针进行访问，所以不会报错
         //这里只是打印
         cout << "A::Print()" << endl;
     }
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;//初始化为空
    p->Print();//这里相当于把p的地址传过去，这里虽然写了p->,但是没有解引用
    return 0;
}

分析：成员函数在编译时确定的，没有存在对象中，所以这里虽然写了p->,但是没有解引用。

所以选择【C.正常运行】

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2.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

#include<iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
	void Print()//this接收了p，p是空指针
	{
		cout << "A::Print()" << endl;

        //这里this->_a对空指针进行解引用了
		cout << _a << endl;
	}
private:
	int _a;
};
int main()
{
	A* p = nullptr;//初始化为空
	p->Print();//这里相当于把p的地址传过去，这里虽然写了p->,但是没有解引用
	return 0;
}

分析：成员函数这里，_a已经对空指针解引用了，所以运行崩溃。

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3. this指针存在内存哪个区域的 ()

A. 栈 B.堆 C.静态区 D.常量区 E.对象⾥⾯

this是一个隐藏的形参，函数调用要建立栈，函数要存放在栈里，this是一个隐藏的形参，也是存放在栈里的。

在VS系列编译器，this通过寄存器ecx传递。

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C++和C语⾔实现Stack对⽐

⾯向对象三⼤特性：封装、继承、多态，下⾯的对⽐我们可以初步了解⼀下封装。 通过下⾯两份代码对⽐，我们发现C++实现Stack形态上还是发⽣了挺多的变化，底层和逻辑上没啥变 化。

• C++中数据和函数都放到了类⾥⾯，通过访问限定符进⾏了限制，不能再随意通过对象直接修改数 据，这是C++封装的⼀种体现，这个是最重要的变化。这⾥的封装的本质是⼀种更严格规范的管 理，避免出现乱访问修改的问题。当然封装不仅仅是这样的，我们后⾯还需要不断的去学习。
• C++中有⼀些相对⽅便的语法，⽐如Init给的缺省参数会⽅便很多，成员函数每次不需要传对象地 址，因为this指针隐含的传递了，⽅便了很多，使⽤类型不再需要typedef⽤类名就很⽅便
• 在我们这个C++⼊⻔阶段实现的Stack看起来变了很多，但是实质上变化不⼤。等着我们后⾯看STL 中的⽤适配器实现的Stack，⼤家再感受C++的魅⼒。

C实现Stack代码

C语言的这个栈没有封装函数，可以自己访问到结构体成员，进行修改。

这种情况很容易出现问题。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdbool.h>
#include<assert.h>
typedef int STDataType;
typedef struct Stack
{
	STDataType* a;
	int top;
	int capacity;
}ST;
void STInit(ST* ps)
{
	assert(ps);
	ps->a = NULL;
	ps->top = 0;
	ps->capacity = 0;
}
void STDestroy(ST* ps)
{
	assert(ps);
	free(ps->a);
	ps->a = NULL;
	ps->top = ps->capacity = 0;
}
void STPush(ST* ps, STDataType x)
{
	assert(ps);
	// 满了， 扩容 
	if (ps->top == ps->capacity)
	{
		int newcapacity = ps->capacity == 0 ? 4 : ps->capacity * 2;
		STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(ps->a, newcapacity *
			sizeof(STDataType));
		if (tmp == NULL)
		{
			perror("realloc fail");
			return;
		}
		ps->a = tmp;
		ps->capacity = newcapacity;
	}
	ps->a[ps->top] = x;
	ps->top++;
}
bool STEmpty(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top == 0;
}
void STPop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	ps->top--;
}
STDataType STTop(ST* ps)
{
	assert(ps);
	assert(!STEmpty(ps));
	return ps->a[ps->top - 1];
}
int STSize(ST* ps)
{
	assert(ps);
	return ps->top;
}
int main()
{
	ST s;
	STInit(&s);
	STPush(&s, 1);
	STPush(&s, 2);
	STPush(&s, 3);
	STPush(&s, 4);
	while (!STEmpty(&s))
	{
		printf("%d\n", STTop(&s));
		STPop(&s);
	}
	STDestroy(&s);
	return 0;
}

C++实现Stack代码

向C++这种可以把成员变量进行私有，不能外部进行修改访问，只能通过公有成员函数进行访问修改，这样比较安全。

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
typedef int STDataType;
class Stack
{
public:
	// 成员函数 
	void Init(int n = 4)
	{
		_a = (STDataType*)malloc(sizeof(STDataType) * n);
		if (nullptr == _a)
		{
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
		_capacity = n;
		_top = 0;
	}
	void Push(STDataType x)
	{
		if (_top == _capacity)
		{
			int newcapacity = _capacity * 2;
			STDataType* tmp = (STDataType*)realloc(_a, newcapacity *
				sizeof(STDataType));
			if (tmp == NULL)
			{
				perror("realloc fail");
				return;
			}
			_a = tmp;
			_capacity = newcapacity;
		}
		_a[_top++] = x;
	}
	void Pop()
	{
		assert(_top > 0);
		--_top;
	}
	bool Empty()
	{
		return _top == 0;
	}
	int Top()
	{
		assert(_top > 0);
		return _a[_top - 1];
	}
	void Destroy()
	{
		free(_a);
		_a = nullptr;
		_top = _capacity = 0;
	}
private:
	// 成员变量 
	STDataType* _a;
	size_t _capacity;
	size_t _top;
};


int main()
{
	Stack s;
	s.Init();
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	s.Push(4);
	while (!s.Empty())
	{
		printf("%d\n", s.Top());
		s.Pop();
	}
	s.Destroy();
	return 0;
}