【C++学习笔记】【基础】1.类与对象（上）

阿i索2026-02-10 10:01
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这一篇，我们正式开启 C++ 学习的第一章：类与对象（上）。

一、类的定义

1. 类的定义格式

class 为定义类的关键字，后接类名，{ } 内为类的主体，类定义结束后分号不能省略 。类中的变量称为属性 / 成员变量；类中的函数称为方法 / 成员函数。定义在类内的成员函数默认为 inline 内联函数。

为区分普通变量，成员变量通常加特殊标识（如前缀_、后缀_），C++ 无强制要求。

2. struct 与 class 的关系

  1. C++ 兼容 C 中struct的用法，同时将struct升级为类 ，支持在struct内定义成员函数。
  2. 访问权限默认值不同：class未指定访问限定符时，成员默认为private；struct未指定时，成员默认为public。
  3. 使用场景：一般推荐用class定义类；无需私有成员的简单场景，可使用struct。
  4. 类型标识：C++ 中struct的类名可直接作为类型使用，无需像 C 语言那样通过typedef重定义。

3. 类的访问限定符

C++ 通过访问限定符实现封装，将对象的属性与方法结合，选择性对外提供接口，访问权限作用域从限定符出现位置开始，到下一个限定符或者类结束为止。

访问限定符 类外访问性 适用场景
public 可直接访问 对外提供的接口（如成员函数）
protected 不可直接访问 继承场景使用（与 private 暂无区别）
private 不可直接访问 类的内部属性（成员变量）
通用规范 ：成员变量设为private/protected，需外部调用的成员函数设为public。

4. 类域

  1. 类定义了一个新的作用域，类的所有成员均属于该类域。
  2. 类的声明与定义分离时，类体外定义成员函数必须通过::作用域操作符指明所属类域，否则编译器会将其视为全局函数，导致无法找到类内成员。
  3. 不同类域的函数无重载关系：重载要求函数在同一作用域，不同类的同名函数因作用域不同，不构成重载。

类的声明与定义分离示例

复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
class Stack
{
public:
    // 类内声明成员函数
    void Init(int n = 4);
private:
    int* _a;
    size_t _capacity;
    size_t _top;
};
// 类外定义，通过Stack::指明类域
void Stack::Init(int n)
{
    _a = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
    if (nullptr == _a)
    {
        perror("malloc申请空间失败");
        return;
    }
    _capacity = n;
    _top = 0;
}

二、类的实例化

1. 实例化的概念

  1. 定义：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。
  2. 类与对象的关系：类是对对象的抽象描述 / 模型 ，仅声明成员变量，不分配实际内存；对象是类的具体实例，实例化时才会为成员变量分配物理内存，存储实际数据。
  3. 一个类可实例化多个对象，每个对象拥有独立的成员变量空间，存储各自的数据。

2. 对象的大小计算

（1）对象的存储规则
  1. 对象中仅存储成员变量 ，成员函数编译后为指令，存储在公共代码段，所有对象共享同一套成员函数指令。
  2. 原因：若每个对象存储成员函数指针，会造成内存冗余（如 100 个对象会重复存储 100 次相同指针）；编译器编译链接时已确定成员函数地址，无需运行时存储（动态多态除外）。
（2）内存对齐规则

C++ 类实例化的对象，其成员变量布局遵循结构体内存对齐规则，具体如下：

  1. 第一个成员在与对象偏移量为 0 的地址处。
  2. 其他成员变量对齐到对齐数的整数倍地址处；
    嵌套结构体时：

嵌套的结构体对齐到自身的最大对齐数的整数倍处；

整个对象的总大小为所有最大对齐数（含嵌套结构体）的整数倍。

对齐数 = 编译器默认对齐数 与 成员变量大小的较小值（VS 中默认对齐数为 8）。

对象的总大小为最大对齐数（所有成员的对齐数的最大值）的整数倍。

（3）特殊情况：无成员变量的类

无成员变量的类（或仅含成员函数的类），实例化的对象大小为1 字节。

该字节仅用于占位标识对象的存在，不存储任何实际数据。

（4）大小计算示例
复制代码 
#include<iostream>
using namespace std;
class A // 含char和int成员
{
public:
    void Print() { cout << _ch << endl; }
private:
    char _ch;  // 大小1，对齐数1
    int _i;    // 大小4，对齐数4（VS默认8，取较小值4）
};
class B // 仅含成员函数
{
public:
    void Print() {}
};
class C // 无任何成员
{};
int main()
{
    cout << sizeof(A) << endl; // 8（char占1字节，补3字节对齐，int占4字节，总大小8=4*2）
    cout << sizeof(B) << endl; // 1（占位字节）
    cout << sizeof(C) << endl; // 1（占位字节）
    return 0;
}

三、this 指针

1. this 指针的引入原因

类的成员函数为所有对象共享，函数体中无对象区分标识，this 指针用于解决成员函数如何识别操作的是哪个对象的问题。

2. this 指针的特性

  1. 编译器自动添加：类的成员函数编译后，形参第一个位置会自动增加当前类类型的 const 指针this，无需程序员显式写在形参 / 实参位置。
  2. 实际函数原型：如Date类的Init函数，声明为void Init(int year, int month, int day)，真实原型为void Init(Date* const this, int year, int month, int day)。
  3. 成员访问本质：成员函数中访问成员变量 / 成员函数，本质是通过this指针访问 ，如_year = year;等价于this->_year = year;。
  4. 显式使用：C++ 禁止在形参 / 实参位置显式写this，但可在成员函数体内显式使用。
  5. 不可修改：this指针为const指针，指向不可修改（如this = nullptr;会编译报错）。

3. this 指针的调用机制

对象调用成员函数时，编译器会自动将对象的地址作为实参传递给 this 指针 ，如：d1.Init(2024,3,31);等价于d1.Init(&d1,2024,3,31);。

4. this 指针的经典例题分析

例题 1
复制代码 
class A
{
public:
    void Print() { cout << "A::Print()" << endl; }
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->Print(); // 结果：正常运行
    return 0;
}

分析 ：Print函数为成员函数，存储在公共代码段，调用时仅需函数地址，无需解引用this指针（p），因此空指针调用无崩溃。

例题 2
复制代码 
class A
{
public:
    void Print() { cout << "A::Print()" << endl; cout << _a << endl; }
private:
    int _a;
};
int main()
{
    A* p = nullptr;
    p->Print(); // 结果：运行崩溃
    return 0;
}

分析 ：Print函数中访问_a，本质是this->_a，this指针为nullptr，解引用空指针导致运行崩溃。

例题 3：this 指针的存储区域

问题 ：this 指针存在内存哪个区域？（答案：A 栈）分析 ：this 指针是成员函数的形参，形参存储在函数的栈帧中，因此 this 指针位于栈区。

四、C 与 C++ 实现栈（Stack）的对比

C++ 基于 C 的底层逻辑，通过面向对象的封装特性重构栈的实现，核心变化体现在语法和管理规范上，底层内存操作逻辑一致。

1. 差异对比

特性 C 语言实现 C++ 实现
数据与函数关系 数据（结构体）与函数分离，函数需显式传递结构体地址 数据（成员变量）与函数（成员函数）封装在类内，通过 this 指针隐式传递对象地址
访问控制 无访问限定符，结构体成员可随意修改，安全性低 通过 public/private 实现访问控制，成员变量私有化，仅通过接口操作，安全性高
类型使用 需通过 typedef 重定义结构体为新类型 类名直接作为类型使用，无需 typedef
函数调用 函数名需加前缀（如 STInit），区分模块 直接通过对象调用成员函数（如 s.Init ()），语法更简洁
缺省参数 不支持缺省参数，需手动传递所有参数 成员函数支持缺省参数（如 Init (int n=4)），使用更灵活

C 语言：结构体 + 全局函数

复制代码 
typedef struct Stack {
    int* a;
    int top, capacity;
} ST;

void STInit(ST* ps);
void STPush(ST* ps, int x);

C++：类 + 成员函数

复制代码 
class Stack {
public:
    void Init(int cap = 4);
    void Push(int x);
private:
    int* _a;
    int _top, _capacity;
};

封装的本质

C++ 封装的本质是对数据和方法进行更严格的规范管理，将数据私有化，避免外部随意修改，仅通过对外暴露的公共接口操作数据，降低程序出错概率。

五、面向对象三大特性（基础）

C++ 面向对象的三大核心特性为：封装、继承、多态 ，本章节核心讲解封装的基础实现：

  1. 封装的第一层：将数据（成员变量）和操作数据的方法（成员函数）封装在类的同一作用域内；
  2. 封装的第二层：通过访问限定符（public/private/protected）控制类成员的对外访问权限，实现数据的隐藏和接口的暴露。

六、编程命名规范（惯例）

  1. 驼峰命名法：
    • 类名、函数名：大驼峰（单词首字母大写，如StackInit、Date）；
    • 普通变量：小驼峰（第一个单词首字母小写，后续单词首字母大写，如stackSize）；
  2. 下划线命名法：单词间用下划线分隔（如stack_init），适用于 C/C++ 的函数 / 变量命名；
  3. 成员变量：在驼峰 / 下划线基础上加特殊标识（如_a、m_capacity），区分普通变量。

下一篇再见🍕

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