C++类和对象（2）

一、类对象模型

1.1 如何计算类对象的大小

cpp 复制代码

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

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？

1.2类对象的存储方式猜测

看以下三个类，用sizeof计算他们的大小：

类中既有成员变量，又有成员函数

cpp 复制代码

class A1 
{
public:
	void f1() 
	{
	}
private:
	int _a;
};
// 类中仅有成员函数
class A2 
{
public:
	void f2() 
	{
	}
};
// 类中什么都没有---空类
class A3
{

};
int main()
{
	cout << sizeof(A1) << endl;
	cout << sizeof(A2) << endl;
	cout << sizeof(A3) << endl;
	//可能你会认为没有成员变量的类内存占0字节，但如果0字节，那么取地址就会失败
	A2 a2;
	A3 a3;
	cout << &a2 << endl;
	cout << &a2 << endl;
	return 0;
}

运行后的结果分别时4、1、1

结论：

（1）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

只有成员函数而没有成员变量的类也是比较特殊的类，一定切记它和空类，都是1字节，而不是0字节

（2）没有成员变量的类对象，需要1字节，是为了占位，表示对象存在，不存储有效数据

1.3结构体内存对齐规则

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

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。
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。

二、this指针

2.1this指针的引出

我们先来定义一个日期类 Date

cpp 复制代码

class Date
{
public:
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
	void Print()
	{
		cout << _year << "年" << _month << "月" << _day << "日" << endl;
	}
private:
	int _year; // 年
	int _month; // 月
	int _day; // 日
};
int main()
{
	Date d1, d2;
	d1.Init(2025, 10, 5);
	d2.Init(2025, 10, 6);
	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。

也就是编译器会将类中的成员函数处理成这个样子（以Date中的Print函数为例）

cpp 复制代码

 void Print(Date* const this)
 {
     cout << this->_year << "年" <<this-> _month << "月" <<this-> _day << "日" << endl;
 }

访问类中的成员函数也改成了：

d1.Printf(&d1);

d2.Printf(&d2);

2.2this指针的特性

this指针的类型：类类型 * const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
只能在"成员函数"的内部使用
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。

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

2.3两个问题：

1.this指针存在哪里？

this指针是形参，所以this指针根普通参数一样存在函数调用的栈帧里面，调用结束后，this指针就销毁了

在vs2022版本下，对this指针的传递，编译器会进行优化，对象地址放在ecx中，ecx存储this指针的值

2.this指针可以是空指针吗？

先来看两个程序

（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

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;
}

选C，因为p调用Print，不会发生解引用，因为Print的地址不在对象中，p会作为实参传递给this指针，this指针虽然是空的，但是没有对this指针解引用

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

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;
}

选B，虽然p调用PrintA，不会发生解引用，PrintA的地址不在对象中，p会作为实参传递给this指针

但是在PrintA中要访问_a，需要对this指针进行解引用，但this指针是空的，所以回运行崩溃

总结：this指针是可以为空的，但是不能对this指针进行解引用访问类成员变量

2.4C语言和C++分别实现栈对比

2.4.1C语言实现栈

cpp 复制代码

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;
}

总结：可以看到，在用C语言实现时，Stack相关操作函数有以下共性：

1）每个函数的第一个参数都是Stack*

2）函数中必须要对第一个参数检测，因为该参数可能会为NULL

3）函数中都是通过Stack* 参数操作栈的

4）调用时必须传递Stack结构体变量的地址

5）结构体中只能定义存放数据的结构，操作数据的方法不能放在结构体中，即数据和操作数据

的方式是分离开的，而且实现上相当复杂一点，涉及到大量指针操作，稍不注意可能就会出错。

2.4.2C++实现栈

cpp 复制代码

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;
		}
	}
	DataType* _array;
	int _capacity;
	int _size;
};

int main()
{
	Stack s;
	s.Init();
	s.Push(1);
	s.Push(2);
	s.Push(3);
	s.Push(4);

	cout << s.Top() << endl;
	cout << s.Size() << endl;
	
	s.Pop();
	s.Pop();

	cout << s.Top() << endl;
	cout << s.Size() << endl;
	
	s.Destroy();
	return 0;
}

总结：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。