类和对象 上
前言
嗨，我是firdawn，今天我们就要开始学习 C++ 的类和对象了，本章将介绍C++中类的定义以及实例化的概念和this指针是什么，C++和C语言实现Stack对比。以下是本章的思维导图，那么让我们开始吧！
一，类的定义
1.1类定义格式
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class为定义类的关键字，具体定义方式如下图1.1-1。类的类型定义和C语言中的struct结构体的类型定义类似，其中class为类关键字，Stack为类的名字，{}中为类的主体，我们要注意的是类定义结束后，花括号后面的分号不能省略。类体中的内容为类的成员；类中的变量为类的属性或成员变量；类中的函数称为类的方法或类成员函数。
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如图1.1-2，在类中，如果定义了函数，我们有时候经常会遇到函数内形参名和类的成员变量一样的情况，我们一般习惯上会给成员变量加一个特殊标识，比如给成员变量前面加``
或者m ```来区分成员变量和函数形参，m为member的缩写，注意，C++中这个并不是强制的，只是一些惯例，具体看公司要求。
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C++中的
struct也可以定义类，C++兼容C中struct的用法，同时struct升级成了类，不过我们还是推荐用class定义类。 -
定义在类中的成员函数默认为
inline。
1.2访问限定符
- 用类将对象的属性和方法结合起来是C++一种实现封装的方式，通过访问权限选择性地将其接口提供给外部用户使用。
public修饰的成员在类外可以直接访问；protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问，我们现在先认为protected和private是一样的，以后我们会将它们的区别。- 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
1.3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。
c
#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;
};
// 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;
}
int main()
{
Stack st;
st.Init();
return 0;
}二，实例化
2.1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。
c
#include<iostream>
class Date
{
void DateInit(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
//这里只是声明，没有开空间
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
//类实例化出对象d1和d2
Date d1;
Date d2;
return 0;
}2.2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。
类实例化出的对象内存对齐规则：
- 第一个成员在与结构体偏移量为0的地址处。
- 其他成员变量要对其某个数字(对齐数)的整数倍的地址处。
- 注意：对齐数 = 编译器默认对齐数 与 该成员的较小值。
- VS默认的对齐数为8
结构体总大小为：最大对齐数(所有变量对齐数的最大值与默认对齐数取较小值)- 如果嵌套了结构体，嵌套的结构体要对齐到自己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。
下面有一些类，请计算出这些类实例化出对象需要开辟的空间大小(在VS环境下)。
c
#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
void DateInit(int year, int month, int day)
{
_year = year;
_month = month;
_day = day;
}
private:
//这里只是声明，没有开空间
int _year;
int _month;
int _day;
};
class A
{
private:
char c;
int num;
};
class B
{
public:
void Func()
{
cout << "void Func()" << endl;
}
private:
char c;
int num;
A a1;
};
class C
{
;
};
class D
{
void Func1()
{
cout << "void Func1()" << endl;
}
};答案：
三，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
• 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
c
#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)
{
// 编译报错：error C2106: "=": 左操作数必须为左值
// this = nullptr;
// this->_year = year;
_year = year;
this->_month = month;
this->_day = day;
}
void Print()
{
cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
}
private:
// 这⾥只是声明，没有开空间
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, 3, 31);
d1.Init(2024, 3, 31);
d1.Print();
d2.Init(2024, 7, 5);
d2.Print();
return 0;
}四，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。
- 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。
