【C++】详解类和对象（上）

一，面向过程和面向对象

C语言是面向过程的，关注的是过程，分析出求解问题的步骤，通过函数调用逐步解决问题
C++是基于面向对象的，关注的是对象，将一件事情拆分成不同的对象，靠对象之间的交互完成
就比如要洗衣服：
面向过程就相当于：第一步拿盆，第二步接水，第三步泡衣服，第四步到洗衣粉，第五步手搓…直到最后一步晾衣服
面向对象相当于：将衣服拿来，再将洗衣机拿来，然后放进洗衣机，洗好后直接晾，不用关心衣服具体是怎么洗的

二，类的引入

在写C语言时，结构体中只能定义变量，但在C++中，结构体内不仅可以定义变量，也可以定义函数。比如：之前在数据结构初阶中，用C语言方式实现的栈，结构体中只能定义变量；现在以C++方式实现，会发现struct中也可以定义函数

这里以栈为例：

struct Stack{
	void Init(size_t capacity){
		_array = (DataType*)malloc(sizeof(DataType) * capacity);
		if (nullptr == _array){
			perror("malloc申请空间失败");
			return;
		}
	_capacity = capacity;
	_size = 0;
	}
	void Push(const DataType& data){
	// 扩容
	_array[_size] = data;
	++_size;
	}
}

三，类的定义

C++中用class来代替struct, class为定义类的关键字，ClassName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

class className{
	// 类体：由成员函数和成员变量组成
};

类有两种定义方式：
 1.声明和定义全部放在类体中。成员函数如果在类中定义，编译器可能会将其当成内联函数处理。

class Date
{
public:
	// 无参构造函数是默认构造
	Date()
	{
		_year = 1900;
		_month = 1;
		_day = 1;
	}
	//全缺省的构造函数也算默认构造
	Date(int year = 1900, int month = 10, int day = 10)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}
private:
	//
	int _year = 1; // int _year = 1;//C++11后打的补丁 对内置类型的声明，进行初始化
	int _month = 1; //int _month = 1;
	int _day = 1; //int _day = 1;
};

 2.类声明放在.h文件中，成员函数定义放在.cpp文件中，(注意：成员函数名前需要加类名:

注意：一般我们为了区分类的成员变量和函数形参，我们习惯在成员变量加上_，比如_year,_month。

四，类的访问限定符及封装

1.访问限定符

C++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户使用

 注意：

1. public修饰的成员在类外可以直接被访问
2. protected和private修饰的成员在类外不能直接被访问(此处protected和private是类似的)
3. 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
4. 如果后面没有访问限定符，作用域就到 } 即类结束。
5. class的默认访问权限为private，struct为public(因为struct要兼容C)

2.封装

面向对象的三大特性：封装、继承、多态
封装：将数据和操作数据的方法进行有机结合，隐藏对象的属性和实现细节，仅对外公开接口来和对象进行交互
封装本质上是一种管理，让用户更方便使用类。比如：对于电脑这样一个复杂的设备，提供给用户的就只有开关机键、通过键盘输入，显示器，USB插孔等，让用户和计算机进行交互，完成日常事务。但实际上电脑真正工作的却是CPU、显卡、内存等一些硬件元件
在C++语言中实现封装，可以通过类将数据以及操作数据的方法进行有机结合，通过访问权限来隐藏对象内部实现细节，控制哪些方法可以在类外部直接被使用

五，类的作用域

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

class Person{
public:
	void PrintPersonInfo();
private:
	char _name[20];
	char _gender[3];
	int _age;
};
// 这里需要指定PrintPersonInfo是属于Person这个类域
void Person::PrintPersonInfo(){
	cout << _name << " "<< _gender << " " << _age << endl;
}

六，类的实例化

用类类型创建对象的过程，称为类的实例化

 1. 类是对对象进行描述的，是一个模型一样的东西，限定了类有哪些成员，定义出一个类并没有分配实际的内存空间来存储它。

 2.一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。

 3.做个比方。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，只设计出需要什么东西，但是并没有实体的建筑存在，同样类也只是一个设计，实例化出的对象才能实际存储数据，占用物理空间。

如下图：

七，类对象模型

1.计算类的对象的大小

下面定义三个类：

class A1 {
public:
	void f1(){}
private:
	int _a;
};

class A2 {
public:
	void f2() {}
};

class A3{

};

试计算这三个类的大小:

 结果：

2.类对象的存储方式

由上面的代码执行结果来看，其实类对象的存储方式是：类对象只保存成员变量，成员函数存放在公共的代码段。一个类的大小，实际就是该类中”成员变量”之和。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

3.结构体内存对齐规则

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
3. 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。
4. 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

八，this指针

1.this指针引出

先看如下代码：

class Date
{
public:
	// 无参构造函数是默认构造
	//Date()
	//{
	//	_year = 1900;
	//	_month = 1;
	//	_day = 1;
	//}
	//全缺省的构造函数也算默认构造
	Date(int year = 1900, int month = 10, int day = 10)
	{
		_year = year;
		_month = month;
		_day = day;
	}

	void prin() {
		cout << _year << " " << _month << " " << _day << endl;

	}
private:
	//
	int _year = 1; // int _year = 1;//C++11后打的补丁 对内置类型的声明，进行初始化
	int _month = 1; //int _month = 1;
	int _day = 1; //int _day = 1;
};

void Test()
{
	Date d1;
	Date d2(2023, 10, 31);
	d1.prin();
	d2.prin();
}

int main() {
	Test();
	return 0;

}

 Date类中有 Print成员函数，函数体中没有关于不同对象的区分，那当d1调用 prin 函数时，该函数是如何知道应该被d1对象调用，而不是被d2对象调用呢?

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

2.this指针特性

1. this指针的类型：类类型* const，即成员函数中，不能给this指针赋值。
2. 只能在“成员函数”的内部使用
3. 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。
4. 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