类与对象 (上) (C++)

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。（方便区分变量）

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（内联函数）。

C++兼容C的代码struct的用法。

C++的类与struct的区别：1，在类中可以定义函数 2，类名就是类型不需要使用struct

cpp 复制代码

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

using namespace std;

class Stack
{
	public :
	// 成员函数
	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;
	} 
	void Push(int x)
	{
		// ...扩容
		array[top++] = x;
	}
	int Top()
	{
		assert(top > 0);
		return array[top - 1];
	} 
	void Destroy()
	{
		free(array);
		array = nullptr;
		top = capacity = 0;
	}
private:
	// 成员变量
	int* array;
	size_t capacity;
	size_t top;
}; // 分号不能省略


int main()
{
	Stack st;
	st.Init();
	st.Push(1);
	st.Push(2);
	cout << st.Top() << endl;
	st.Destroy();
	return 0;
}

1.2 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。

访问限定符可以多次使用，没有影响，但尽量将同类型放在一起，更加规范。

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。

如果直接在类内定义的函数是内联函数，如果声明与定义分离就不是内联。

cpp 复制代码

#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;
}

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;

}

这个就是声明和定义分离，作⽤域操作符（::）放在函数名前面。

2，实例化

2.1 实例化的概念

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。

类中的成员变量为**声明****，**没有开空间。

cpp 复制代码

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

2.2 对象大小

1.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。

2.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。

3.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。

下面是存储方式：

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.其他成员变量要对⻬到某个数字（对⻬数）的整数倍的地址处。

3.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。

4.VS中默认的对⻬数为8

5.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。

6.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。

与C语言基本一模一样，

问题：为什么要内存对齐？

内存对齐是 CPU 读取内存的 "硬性规则"，不是可选优化，而是为了让 CPU 能高效、正确地访问数据，避免崩溃、性能暴跌。所以需要按块进行读写；
下面用反编码来观察：

调的是同一个函数，所以没有必要存到对象里

call跳到了jmp指令的地方

jmp在跳到函数所在的公共代码区

因为函数地址不在对象里面所以不需要计算；

计算一下下面的大小；

cpp 复制代码

#include<iostream>
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;
};
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;
}

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！定义需要开空间，如果一个字节都不给怎么使用，所以这⾥给1字节，纯粹是为了占位标识对象存在。

3.this指针

cpp 复制代码

#include<iostream>
using namespace std;
class Date
{
	public :
	void Init(int year, int month, int day)
	{
		_year = year;
		this->_month = month;
		this->_day = day;
	} 
	void Print()
	{
		cout << _year << "/" << _month << "/" << _day << endl;
	}
private:
	int _year;
	int _month;
	int _day;
};
int main()
{
	Date d1;
	Date d2;
	d1.Init(2024, 3, 31);
	d1.Print();
	d2.Init(2024, 7, 5);
	d2.Print();
	return 0;
}

为什么 d1 与 d2 使用的是同一个函数同一个地址，但是返回出来的值是不同的；

这就是因为this指针的作用，成员函数代码是全局共享的（地址相同），但对象的成员数据是独立的；依靠 this 指针区分当前操作的对象。（通俗理解：同一个工具（函数），操作两个不同的盒子（对象），盒子里装的东西自然不一样）
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。

cpp 复制代码

#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;
}

this是形参所以传的是地址，函数是共享的，但对象的数据是独立的；this 指针让成员函数知道要操作哪个对象的数据。

问题：this指针存在内存的哪个区域 a.栈 b.堆 c.静态区 d.常量区 e.对象里

一定不是存在对象里面，计算大小的时候没有计算this指针，所以根本不在对象里；

this 指针本质 ：this是成员函数的隐式形参 ，调用成员函数时，编译器将对象地址作为实参传递给this。

内存位置 ：函数形参存储在函数调用栈 上，因此this指针本身存放在栈区。

答案是：a

在有的地方寄存器也是对的，因为频繁使用，编译器进行了优化；

4.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。

左边是C语言实现Stact的代码，右边是C++实现Stact的代码，本质上是没有什么变化的，但是C++极致复用，维护一份代码即可，C 语言完全做不到，C 语言做不到强制封装，数据完全暴露，因为有隐含的this指针更加方便了
C语言中可以直接访问栈顶元素，虽然快捷，但是非常不规范且存在风险，C++不可以直接访问，因为成员变量都是私有的，不可以随便访问，这是封装规范管理。

结语：

这是类与对象上 C++ 的全部内容，希望这篇博客可以帮到你，感谢观看！！！